KR100809939B1 - Multi-staged catalyst systems and process for converting alkanes to alkenes and to their corresponding oxygenated products - Google Patents

Multi-staged catalyst systems and process for converting alkanes to alkenes and to their corresponding oxygenated products Download PDF

Info

Publication number
KR100809939B1
KR100809939B1 KR1020050106610A KR20050106610A KR100809939B1 KR 100809939 B1 KR100809939 B1 KR 100809939B1 KR 1020050106610 A KR1020050106610 A KR 1020050106610A KR 20050106610 A KR20050106610 A KR 20050106610A KR 100809939 B1 KR100809939 B1 KR 100809939B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
catalyst
alkanes
alkenes
mixtures
group
Prior art date
Application number
KR1020050106610A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20060055330A (en
Inventor
아브라함 벤델리
안네 마에 가프니
마크 안토니 실바노
Original Assignee
롬 앤드 하아스 컴패니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 롬 앤드 하아스 컴패니 filed Critical 롬 앤드 하아스 컴패니
Publication of KR20060055330A publication Critical patent/KR20060055330A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100809939B1 publication Critical patent/KR100809939B1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/16Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
    • C07C51/21Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen
    • C07C51/215Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of saturated hydrocarbyl groups
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/002Mixed oxides other than spinels, e.g. perovskite
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/16Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/064Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof containing iron group metals, noble metals or copper
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/19Catalysts containing parts with different compositions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/56Foraminous structures having flow-through passages or channels, e.g. grids or three-dimensional monoliths
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/16Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
    • C07C51/21Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen
    • C07C51/25Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of unsaturated compounds containing no six-membered aromatic ring
    • C07C51/252Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of unsaturated compounds containing no six-membered aromatic ring of propene, butenes, acrolein or methacrolein
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/54Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/56Platinum group metals
    • B01J23/62Platinum group metals with gallium, indium, thallium, germanium, tin or lead
    • B01J23/622Platinum group metals with gallium, indium, thallium, germanium, tin or lead with germanium, tin or lead
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/54Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/56Platinum group metals
    • B01J23/64Platinum group metals with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/648Vanadium, niobium or tantalum or polonium
    • B01J23/6484Niobium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2523/00Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/02Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
    • B01J27/053Sulfates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/40Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively
    • B01J29/42Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively containing iron group metals, noble metals or copper
    • B01J29/44Noble metals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/40Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively
    • B01J29/42Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively containing iron group metals, noble metals or copper
    • B01J29/46Iron group metals or copper
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

불꽃 온도 및 짧은 접촉 시간하에 알칸의 증기 크래킹(cracking)으로 대응되는 알켄을 형성하고, 이와 협력하여 대응되는 알켄을 촉매 전환시키기 위한 하나 이상의 촉매를 짧은 접촉 시간 반응기 조건을 사용하여 추가로 대응되는 산소화된 생성물을 형성하는 것을 포함하는 다단계 촉매 시스템 및 다단계 방법을 이용하여, 대응되는 알칸으로부터 점층적 알켄, 불포화 카르복실산, 포화 카르복실산 및 그들의 고급 유사체를 제조한다. Corresponding oxygenation further using short contact time reactor conditions to form one or more catalysts to form corresponding alkenes by vapor cracking of the alkanes under the flame temperature and short contact times, and in cooperation therewith for short catalytic time reactor conditions. Multistage catalyst systems and multistage methods comprising forming the resulting product are used to prepare the gradual alkenes, unsaturated carboxylic acids, saturated carboxylic acids and their higher analogs from the corresponding alkanes.

알칸, 알켄, 카르복실산,다단계 촉매 시스템 Alkanes, Alkenes, Carboxylic Acids, Multistage Catalyst Systems

Description

다단계 촉매 시스템 및 알칸을 알켄 및 그의 대응되는 산소화된 생성물로 전환시키는 방법{MULTI-STAGED CATALYST SYSTEMS AND PROCESS FOR CONVERTING ALKANES TO ALKENES AND TO THEIR CORRESPONDING OXYGENATED PRODUCTS}MULTI-STAGED CATALYST SYSTEMS AND PROCESS FOR CONVERTING ALKANES TO ALKENES AND TO THEIR CORRESPONDING OXYGENATED PRODUCTS}

본 발명은 2003년 11월 18일에 제출된 미국 가특허 출원 제 60/523,297호를 우선으로 한 출원이다.The present invention is a priority application of US Provisional Patent Application No. 60 / 523,297 filed on November 18, 2003.

본 발명은 알칸 산화/탈수소와 촉매 및 불꽃 온도에서 알칸 및 산소를 탈수소화된 생성물 및/또는 산소화된 생성물 전환방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 이로 제한되는 것은 아니지만, 증기 증류에 의해 알칸을 대응 알켄으로 전환한 후, 짧은 접촉 시간 반응기 조건하에서 알켄을 대응되는 산소화된 생성물로 전환하는 것을 포함한 다단계 방법에 관계된 것이다. 추가로, 본 발명은 짧은 접촉 시간 반응기 안, 불꽃 온도에서, 특정 알칸을 그의 대응하는 알켄, 및 불포화 카르복실산, 포화 카르복실산, 불포화 카르복실산의 에스테르 및 그의 각각의 고급 유사체를 포함한 산소화물로 전환시키기 위한 촉매 시스템; 촉매 시스템을 제조하기 위한 방법; 및 촉매 시스템 사용한 알칸의 기체 촉매적 산화를 위한 히브리드(hybrid)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 포화 카르복실산을 그의 대응하는 불포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산의 고급 유사체 에스테르로 전환을 위한 촉매 시스템 및 포화 카르복실산의 기체 촉매적 산화에 대한 다단계 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 촉매시스템을 이용하여 불포화 카르복실산, 불포화 카르복실산의 에스테르 및 그의 각각의 고급 유사체를 제조하기 위한 알켄, 산소, 포름알데히드 및 알콜을 포함한 추가적 피드의 단계를 포함하는 알칸의 기체 산화용 다단계 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a process for the conversion of alkanes and oxygen to dehydrogenated and / or oxygenated products of alkanes and oxygen at catalyst and flame temperatures. More specifically, the present invention relates to a multi-step process that includes, but is not limited to, converting alkanes to corresponding alkenes by steam distillation followed by converting alkenes to corresponding oxygenated products under short contact time reactor conditions. In addition, the present invention provides a specific alkane at its flame temperature, in a short contact time reactor, oxygen containing the corresponding alkenes and unsaturated carboxylic acids, saturated carboxylic acids, esters of unsaturated carboxylic acids and their respective higher analogs. Catalytic system for conversion to cargo; A method for producing a catalyst system; And a hybrid for gas catalytic catalytic oxidation of alkanes using a catalyst system. The invention also relates to a catalyst system for the conversion of saturated carboxylic acids to their corresponding unsaturated carboxylic acids and higher analogue esters of unsaturated carboxylic acids and to a multistage process for the gas catalytic oxidation of saturated carboxylic acids. The present invention also provides a gas of alkanes comprising a step of an additional feed comprising alkenes, oxygen, formaldehyde and alcohols to produce unsaturated carboxylic acids, esters of unsaturated carboxylic acids and their respective higher analogs using a catalyst system. A multistage method for oxidation.

불포화 카르복실산 및 그의 대응 에스테르로의 알칸의 선택적 부분적 산화는 중요한 상업적 방법이다. 그러나, 올레핀, 불포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산의 에스테르를 포함한 생성물로의 알칸의 선택적 산화/탈수소화는 극복하기 위한 수많은 중요한 산업상 문제점이 있다. 알칸의 짧은 접촉 시간에서 산화적 탈수소화의 하나의 제한은 제 1단계에서 즉, 이로 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 일산화탄소, 이산화탄소, 물, 알칸 파편(Cn-m) 및 알켄 파편(C2n-m)을 초래하는 산화반응을 넘어선 몇몇의 경쟁 반응 때문에, 알칸을 그의 대응하는 알켄으로 전환과 관련하여 낮은 수율을 초래한다. 짧은 접촉 시간 반응기 조건하에서 알칸을 그의 대응하는 알켄으로 전환시키는 혼합된 금속 산화 촉매를 사용한 상대적으로 낮은 선택성은 이로 제한되는 것은 아니지만, 다음과 같은 예들을 포함한 몇몇의 요소로부터 초래된다: (a) 불꽃 온도 조건을 생성하는 촉매는 알칸의 산화반응을 넘어서 촉매하는 경향이 있고;(b) 상대적으로 낮은 알칸/산소 비율은 불꽃 온도 조건의 유지를 요구하며, 그것은 또한 알칸 및 대응하는 알켄의 산화 반응을 넘어서 촉매 하는 경향이 있으며;(c) 총 반응 동력학은 알칸을, 대응되는 알켄을 포함한 바람직한 산화된 탈 수소화된 화합물 이상의 일산화탄소 및 이산화탄소로 산화를 촉진시킨다. Selective partial oxidation of alkanes to unsaturated carboxylic acids and their corresponding esters is an important commercial method. However, selective oxidation / dehydrogenation of alkanes to products including olefins, unsaturated carboxylic acids and esters of unsaturated carboxylic acids has a number of important industrial problems to overcome. One limitation of oxidative dehydrogenation at short contact times of alkanes is in the first stage, ie, but not limited to, for example, carbon monoxide, carbon dioxide, water, alkanes debris (Cn-m) and alkenes (C2n-m). Because of several competing reactions beyond the oxidation reaction leading to), a lower yield is associated with the conversion of alkanes to their corresponding alkenes. The relatively low selectivity using mixed metal oxidation catalysts that convert alkanes to their corresponding alkenes under short contact time reactor conditions results from several factors including, but not limited to: (a) flame Catalysts that produce temperature conditions tend to catalyze beyond the oxidation of alkanes; (b) relatively low alkanes / oxygen ratios require maintenance of flame temperature conditions, which also support oxidation of alkanes and corresponding alkenes. (C) Total reaction kinetics promote oxidation of alkanes to carbon monoxide and carbon dioxide above the preferred oxidized dehydrogenated compounds, including the corresponding alkenes.

미국특허 제 5,705,684호는 다른 다금속 산화 촉매를 각 단계에서 사용하여 프로판으로부터 아크로레인 및 아크릴산 제조방법을 개시하고 있다. 제1단계에서, 프로판에 Mo-Bi-Fe 산화물 촉매를 사용하여 탈수소화시켜서 프로필렌을 형성하고, 형성된 프로필렌을 2단계에서 Mo-V 산화물 촉매를 포함한 산화 반응기의 피드로서 사용하고, 산소를 접촉시켜서 아크로레인 및 아크릴산의 혼합물을 생성한다. 그러나, 흡열 방법은 제1단계에서 수소 제거를 고비용으로 요구하므로 상업적 스케일로 합성하는 것을 어렵게 한다. 추가로, 불꽃 온도에서 Mo-Bi-Fe 산화 촉매는 열적으로 불안정하다. 발명자는 초기 단계에서 대응되는 알칸의 증기 크래킹 단계와 혼합하여, 짧은 접촉 시간 반응기 안에서, 불꽃 온도에서 신규한 촉매시스템을 사용하여 특정 알칸을 그의 대응 알켄 및 불포화 카르복실산, 포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산의 에스테르를 포함한 산소화된 생성물로 전환하는 유일의, 효율적 및 상업적으로 이용가능한 다단계 용액을 개발하였다. 추가로, 불꽃 온도에서 짧은 접촉 시간 반응기 안에서 포화 카르복실산을 그에 대응되는 불포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산의 고급 유사체 에스테르로 전환에 사용되면서, 다단계 방법에 사용되는 촉매를 계발하였다. 알칸을 대응하는 알켄으로 촉매 전환시킴에 있어서의 선택성 및 총수율을 증가시키기 위해, 발명자들은 알칸의 증기 크래킹 후 대응되는 알켄을 추가적으로 짧은 접촉 시간 반응기 조건하에서 반응시켜 대응되는 산화된 생성물을 형성을 포함하는 다단계 방법을 개발하였다. 또 다른 다단계 방법에서, 예를 들면, 대응되는 알칸의 작은 양을 이산화탄소 및 물로 총 산화되기 위해 충분한 산소의 화학량적인 양과 반응시킨다. 이산화탄소의 뜨거운 기체 증기 및 증기는 당업계에 알려진 종래의 크래킹을 포함한 크래킹 존(zone)과 관련된다. 가열된 증기는 크래킹 촉매 배드(bed)를 가열시키고 크래킹 방법용 증기를 제공하기 위한 이중의 목적을 가진다. 남아 있는 주된 양의 대응 알칸을 강렬한 흐름의 조건하에서 이산화탄소 증기 혼합물과 혼합한다. 그 기체 혼합물을 그때 크래킹 촉매에 접촉시켜 더 높은 수율 및 선택성이 있는 알켄을 제공한다. 그 전환된 대응되는 알켄을 추가로 짧은 접촉 시간 반응기 조건하에 대응되는 산소화물로 촉매 전환시킨다. 또 다른 다단계 방법에서, 예를 들어, 그런 촉매를 사용하여 알칸을 탈수소화시켜 생성된 알켄은 증기 크래킹에 의한 방법 중에 화학적 중간체로서 종종 생성되고 선택적 부분적 산화반응 전에 산소화된 생성물로 분리되지 않는다. U. S. Patent No. 5,705, 684 discloses a process for producing acrolein and acrylic acid from propane using different multimetal oxidation catalysts in each step. In the first step, propane is dehydrogenated with a Mo-Bi-Fe oxide catalyst to form propylene, and the propylene formed is used as a feed of an oxidation reactor containing a Mo-V oxide catalyst in step 2, and oxygen is brought into contact with Produces a mixture of acrolein and acrylic acid. However, the endothermic method requires hydrogen removal in the first step at high cost, making it difficult to synthesize on a commercial scale. In addition, the Mo-Bi-Fe oxidation catalyst is thermally unstable at the flame temperature. The inventor mixes the corresponding alkanes with their corresponding alkenes and unsaturated carboxylic acids, saturated carboxylic acids and unsaturateds, using a novel catalyst system at a flame temperature, in a short contact time reactor, mixed with the corresponding cracking stages of the alkanes in the initial stages. A unique, efficient and commercially available multistage solution has been developed that converts to oxygenated products including esters of carboxylic acids. In addition, catalysts for use in the multistage process were developed while being used to convert saturated carboxylic acids to their corresponding unsaturated carboxylic acids and higher analogue esters of unsaturated carboxylic acids in a short contact time reactor at flame temperatures. In order to increase the selectivity and total yield in catalytic conversion of alkanes to the corresponding alkenes, the inventors further comprise reacting the corresponding alkenes under additional short contact time reactor conditions to form the corresponding oxidized products after vapor cracking of the alkanes. Developed a multi-step method. In another multi-step process, for example, a small amount of the corresponding alkanes is reacted with a stoichiometric amount of oxygen sufficient to be totally oxidized to carbon dioxide and water. Hot gas vapor and steam of carbon dioxide is associated with cracking zones including conventional cracking known in the art. The heated steam has a dual purpose to heat the cracking catalyst bed and provide steam for the cracking method. The main amount of the corresponding alkanes remaining is mixed with the carbon dioxide vapor mixture under conditions of intense flow. The gas mixture is then contacted with the cracking catalyst to provide alkenes with higher yields and selectivity. The converted corresponding alkenes are further catalytically converted to the corresponding oxygenates under short contact time reactor conditions. In another multistage process, for example, alkenes produced by dehydrogenation of alkanes using such catalysts are often produced as chemical intermediates in the process by steam cracking and are not separated into oxygenated products prior to selective partial oxidation.

본 발명의 몇몇의 이점은 예를 들어, 감소된 반응기 크기에 기초한 저자본 투자, 빛 오프(off) 및 열 생성을 위해 희생 알칸을 버닝(burning)에 의한 에너지 절약, 다단계방법은 제 1의 상(크래킹 단계)에서 그것의 자신의 증기를 생성으로 인한 추가적 증기 이행 과정 요구의 불필요 및 최소 촉매 투자 및 유지로 알켄 생성의 열적 제한의 쉬운 성취를 포함하나 이로 제한되는 것은 아니다. Some advantages of the present invention are, for example, energy savings by burning sacrificial alkanes for low capital investment, light off and heat generation based on reduced reactor size, the multi-stage method provides a first phase The need for additional steam transition process requirements and minimal catalyst investment and maintenance due to the generation of its own steam in the (cracking stage) includes, but is not limited to, the easy achievement of thermal limitations of alkene production.

본 발명은 다음을 포함하는 다단계 촉매 시스템을 제공한다; 불꽃 온도 및 짧은 접촉 시간에서 알칸을 그의 대응하는 알켄으로 전환시키는 적어도 하나의 크래킹(cracking) 촉매, 및 불꽃 온도 및 짧은 접촉 시간에서 추가로 그의 대응하는 알켄을 그의 대응하는 산화된 생성물(예를 들어, 포화된 카르복실산 및 불포화 카르복실산을 포함하나, 이로 한정되지 않는다)로 전환하기 위한 적어도 하나의 산화 촉매를 포함하며, 적어도 하나의 산화촉매는 (a) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, 그의 합금 및 그들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 및 (b) 금속 Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, 그룹1-3 금속, 란탄계열 금속 및 그의 혼합물을 포함한 금속 산화물의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 개질제(modifier)를추가로 포함하며, (c) 금속 Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, 그들의 2성분 혼합물, 그들의 3성분 혼합물, 및 그들의 4 성분 이상의 혼합물을 포함한 적어도 하나의 금속 산화물이 혼합되거나 혼합되지 않으며; 여기서 촉매는 금속 산화물 지지체(support)에 함침 되어있다. The present invention provides a multistage catalyst system comprising: At least one cracking catalyst for converting alkanes to their corresponding alkenes at flame temperatures and short contact times, and at the flame temperatures and short contact times further their corresponding alkenes to their corresponding oxidized products (eg , At least one oxidation catalyst for converting to saturated carboxylic acids and unsaturated carboxylic acids, including but not limited to (a) Ag, Au, Ir, Ni, At least one metal selected from the group consisting of Pd, Pt, Rh, Ru, alloys thereof and mixtures thereof and (b) metals Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, group 1-3 metals, lanthanide metals and Further comprising at least one modifier selected from the group of metal oxides including mixtures thereof, (c) metals Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, their Binary mixtures, tricomponent mixtures thereof, and At least one metal oxide is not mixed or mixed, including four or more components of the mixture; The catalyst is here impregnated with a metal oxide support.

다른 구체예에 따르면, 다단계 촉매 시스템은 Mo, Fe, P, V 및 그의 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 산화물을 포함하는, 짧은 접촉 시간에서 포화 카르복실산을 그의 대응하는 불포화 카르복실산으로 전환하기 위해 추가의 촉매를 포함한다According to another embodiment, the multistage catalyst system comprises converting saturated carboxylic acid to its corresponding unsaturated carboxylic acid at a short contact time, comprising at least one oxide comprising Mo, Fe, P, V and mixtures thereof. To include additional catalysts

본 발명은 알칸을 그의 대응하는 알켄, 포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산으로 점층적 전환시키기 위한 다음을 포함하는 다단계 촉매 베드(bed)를 제공한다;(a) 불꽃 온도 및 짧은 접촉 시간에서 적어도 하나의 증기(steam) 크래킹 촉매를 포함하는 제1 촉매층;The present invention provides a multistage catalyst bed comprising the following for the gradual conversion of alkanes to their corresponding alkenes, saturated carboxylic acids and unsaturated carboxylic acids; (a) at least at flame temperatures and short contact times; A first catalyst layer comprising one steam cracking catalyst;

(b) (i) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, 그의 합금 및 그들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속, 및 (ii) 금속 Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, 그룹 1-3 금속, 란탄계열 금속 및 그의 혼합물을 포함한 금속 산화물의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 개질제를 추가로 포함하며, (iii) 금속 Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, 그들의 2 성분의 혼합물, 그들의 3 성분의 혼합물 및 그들의 4 성분 이상의 혼합물을 포함한 적어도 하나의 금속 산화물이 혼합되거나 혼합되지 않는 것을 포함한 제 2 촉매 층; 여기서 제 1층의 촉매는 금속 산화물 지지체에 함침되며; (b) at least one metal selected from the group consisting of (i) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, alloys thereof and mixtures thereof, and (ii) metals Bi, In, Mg, P At least one modifier selected from the group of metal oxides including Sb, Zr, Group 1-3 metals, lanthanide metals and mixtures thereof, and (iii) metals Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn A second catalyst layer comprising at least one metal oxide mixed or not mixed, including Ni, Nb, Ta, V, Zn, a mixture of two components thereof, a mixture of three components thereof, and a mixture of at least four components thereof; Wherein the catalyst of the first layer is impregnated in the metal oxide support;

(c) 금속 Mo, Fe, P, V 및 그의 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 금속 산화물을 포함하고, 제 3 층의 촉매는 금속 산화 지지체에 함침 되어있으며, 제2 촉매층으로부터 하류로 향하고, 제1 촉매 층으로부터 더 하류로 향해, 대응하는 알칸으로부터 불포화 카르복실산의 총수율을 증가시키는 제 3 촉매 층.(c) at least one metal oxide comprising metals Mo, Fe, P, V and mixtures thereof, wherein the catalyst of the third layer is impregnated in the metal oxide support and directed downstream from the second catalyst layer, Further downstream from the catalyst layer, the third catalyst layer increasing the total yield of unsaturated carboxylic acid from the corresponding alkane.

다른 구체예에 따라, 촉매 베드가 짧은 접촉 시간에서 포화 카르복실산을 그의 대응되는 고급 유사체 불포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산의 에스테르로 전환되기 위한 다음의 추가적 촉매를 포함한다: 금속 V, Nb, Ta 및 그의 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 금속 산화물.According to another embodiment, the catalyst bed comprises the following additional catalysts for converting saturated carboxylic acids to their corresponding higher analog unsaturated carboxylic acids and esters of unsaturated carboxylic acids at short contact times: metals V, Nb At least one metal oxide comprising Ta and mixtures thereof.

본 발명은 하기의 (a), (b) 및 (c)를 포함하는, 알켄을 그의 대응하는 불포화 카르복실산, 불포화카르복실산의 에스테르 및 그의 각각의 고급 유사체로 점층적 전환시키기 위한 다단계 촉매 베드를 제공한다; The present invention provides a multistage catalyst for the gradual conversion of alkenes to their corresponding unsaturated carboxylic acids, esters of unsaturated carboxylic acids and their respective higher analogs, comprising (a), (b) and (c) To provide a bed;

(a) 불꽃 온도 및 짧은 접촉 시간에서 적어도 하나의 증기 크래킹 촉매를 포함하는 제1 촉매 층;(a) a first catalyst layer comprising at least one vapor cracking catalyst at a flame temperature and a short contact time;

(b) (i) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, 그의 합금 및 그들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 및 (ii) 금속 Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, 그룹1-3 금속, 란탄계열 금속 및 그의 혼합물을 포함한 금속 산화물의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 개질제를 추가로 포함하고 (iii) 금속 Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, 그들의 2 성분의 혼합물, 3 성분의 혼합물 및 그들의 4 성분 이상의 혼합물을 포함한 적어도 하나의 금속 산화물과 혼합되거나 혼합되지 않는 제2 촉매층; 제1 촉매 층은 알켄을 그에 대응되는 포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산으로 전환하는데 점층적 효율적이며, 제1 층의 촉매는 금속 산화물 지지체에 함침 되어 있고;(b) at least one metal selected from the group consisting of (i) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, alloys thereof and mixtures thereof; and (ii) metals Bi, In, Mg, P, Further comprises at least one modifier selected from the group of metal oxides including Sb, Zr, group 1-3 metals, lanthanide metals and mixtures thereof (iii) metals Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni A second catalyst layer with or without mixing with at least one metal oxide, including Nb, Ta, V, Zn, a mixture of two components thereof, a mixture of three components, and a mixture of four or more components thereof; The first catalyst layer is progressively efficient at converting the alkene to the corresponding saturated and unsaturated carboxylic acids, the catalyst of the first layer being impregnated in the metal oxide support;

(c)포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산을 알데히드 존재하에 그에 대응되는 포화 고급 유사체 불포화 카르복실산으로 전환시키고, 알콜의 존재하에 그에 대응되는 불포화 카르복실산의 에스테르로 전환시키며, 포름알데히드 및 알콜 모두 존재하에 그에 대응되는 불포화 카르복실산의 고급 유사체로 전환시키는데 점층적으로 효과적인 제 3 촉매 층.  (c) converting the saturated carboxylic acid and the unsaturated carboxylic acid into the corresponding saturated higher analog unsaturated carboxylic acid in the presence of aldehyde, the ester of the corresponding unsaturated carboxylic acid in the presence of alcohol, and the formaldehyde and A third catalyst layer that is progressively effective in converting all of the alcohols to the corresponding higher analogs of unsaturated carboxylic acids in the presence.

하나의 구체예에서, 제2촉매 층은 하나 이상의 슈퍼산(superacid)을 포함하고, 자기 지지적이거나 임의로 금속 산화물 지지체에 함침되어 있으며, 제2 촉매 층이 불포화 카르복실산의 대응 에스테르, 고급 유사체 불포화 카르복실산 및 그의 에스테르의 총 수율을 증가시키기 위해 하위 부분에 위치하고 있다.In one embodiment, the second catalyst layer comprises one or more superacids and is self-supporting or optionally impregnated with a metal oxide support, the second catalyst layer being a corresponding ester, higher analog of unsaturated carboxylic acid. It is located in the lower part to increase the total yield of unsaturated carboxylic acid and its esters.

하나의 구체예에서, 추가적 피드는 촉매 시스템을 사용하여 불포화 카르복실산, 불포화 카르복실산의 에스테르 및 그의 각각의 고급 유사체를 제조하기 위해, 알켄, 산소, 포름알데히드 및 알콜을 포함하여 혼입한다(또는 스테이징 (staging)한다). 두 촉매 층 사이에 스테이징된 포름알데히드는 대응되는 고급 유사체 불포화 카르복실산(Cn + C1)을 생산한다. 예를 들어, 제1 촉매는 프로판(C3 알칸)을 프로피온산(C3 포화 카르복실산)으로 전환시키고, 제2 촉매는 프로피온산을 포름알데히드 존재하에 고급 유사체 메타크릴산(C4 불포화 카르복실산)으로 전환시킨다. In one embodiment, additional feeds are incorporated including alkenes, oxygen, formaldehyde and alcohols to produce unsaturated carboxylic acids, esters of unsaturated carboxylic acids and their respective higher analogs using a catalyst system ( Or staging). Formaldehyde staged between the two catalyst layers produces the corresponding higher analog unsaturated carboxylic acid (Cn + C 1 ). For example, the first catalyst converts propane (C 3 alkanes) to propionic acid (C 3 saturated carboxylic acid) and the second catalyst converts propionic acid in the presence of formaldehyde to higher analog methacrylic acid (C 4). Unsaturated carboxylic acid).

다른 구체예에서, 두 촉매 베드 사이의 스테이징된 알콜 및 살포된 포름알데히드는 대응되는 불포화 카르복실산의 고급 유사체 에스테르를 생성한다. 예를 들어, 제1 촉매는 프로판(C3)을 프로피온산(C3)으로 전환시키고 제2 촉매는 프로피온산(C3)를 포름알데히드 및 메탄올 존재하에 메틸 메타크릴레이트(C4)로 전환시킨다.In another embodiment, the staged alcohol and sparged formaldehyde between the two catalyst beds produce higher analogue esters of the corresponding unsaturated carboxylic acids. For example, the first catalyst converts propane (C 3 ) to propionic acid (C 3 ) and the second catalyst converts propionic acid (C 3 ) to methyl methacrylate (C 4 ) in the presence of formaldehyde and methanol.

본 발명은 하기 (a), (b) 및 (c) 단계를 포함하는, 알칸으로부터 대응되는 알켄을 제조하는 다단계 방법을 제공한다; The present invention provides a multistep process for preparing the corresponding alkenes from alkanes comprising the following steps (a), (b) and (c);

(a)기체 알칸 5-30 중량%와 알칸을 증기형태의 이산화탄소 및 물로 완전히 산화시키기에 충분한 분자 산소의 화학량적인 양을 혼합하며;(a) 5-30% by weight of gas alkanes and a stoichiometric amount of molecular oxygen sufficient to completely oxidize the alkanes to carbon dioxide and water in vapor form;

(b) 증기 및 잔류 양의 알칸을 증기 및 이산화탄소와 혼합하고 그것을 하나 이상의 증기 크래킹 촉매에 접촉시키며;(b) mixing vapor and residual amounts of alkanes with steam and carbon dioxide and contacting it with at least one vapor cracking catalyst;

(c) (b)로부터 생성된 기체혼합물 및 분자 산소를 (a) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, 그의 합금 및 그들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 및 (b) 금속 Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, 그룹1-3 금속, 란탄계열 금속 및 그의 혼합물을 포함한 금속 산화물의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 개질제를 포함하고, 기체 알칸을 그에 대응하는 기체 알켄으로 전환하는데 점층적으로 효과적인 촉매 시스템을 포함한 짧은 접촉 시간 반응기에서 혼합하고;(c) at least one metal selected from the group consisting of (a) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, alloys thereof and mixtures thereof; (b) at least one modifier selected from the group of metal oxides including metals Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, group 1-3 metals, lanthanide-based metals and mixtures thereof, the gas alkanes corresponding thereto Mixing in a short contact time reactor including a catalyst system that is increasingly effective at converting to gas alkenes;

여기서 반응기는 700℃ 내지 1000℃온도에서 작동되며, 100 밀리초보다 크지 않는 반응기의 체류시간을 가진다. The reactor here operates at temperatures between 700 ° C. and 1000 ° C. and has a residence time of the reactor no greater than 100 milliseconds.

본 발명은 하기 (a), (b) 및 (c)의 단계를 포함하는, 알칸으로부터 대응되는 불포화 카르복실산을 준비하기 위한 다단계 방법을 제공한다; The present invention provides a multistep process for preparing the corresponding unsaturated carboxylic acids from alkanes comprising the steps of (a), (b) and (c);

(a)기체 알칸 5-30 중량%와, 알칸을 증기형태의 이산화탄소 및 물로 완전히 산화시키기에 충분한 분자 산소의 화학량적 양을 패싱하고(passing);(a) passing 5-30% by weight of gas alkanes and a stoichiometric amount of molecular oxygen sufficient to completely oxidize the alkanes to carbon dioxide and water in the form of steam;

(b) 증기 및 잔류 양의 알칸을 증기 및 이산화탄소와 혼합하고 그것을 하나 이상의 증기 크래킹 촉매에 접촉시키고;(b) mixing steam and residual amounts of alkanes with steam and carbon dioxide and contacting it with at least one steam cracking catalyst;

(c) (b)로부터 생성된 기체 혼합물 및 분자 산소를 (1)(i) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, 그의 합금 및 그들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 및 (ii) 금속 Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, 그룹 1-3 금속, 란탄계열 금속 및 그의 혼합물을 포함한 금속 산화물의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 개질제를 포함하고, (iii) 금속 Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, 그들의 2 성분의 혼합물, 3성분의 혼합물 및 그들의 4 성분 이상의 혼합물을 포함한 적어도 하나의 금속 산화물과 혼합되거나 혼합되지 않으며, 제1 층의 촉매가 금속 산화물 지지체에 함침되어 있는 제1 촉매 층; 및 (2) Mo, Fe, P, V 및 이들의 혼합물을 함유하는 적어도 하나의 금속 산화물을 포함하는 제2 촉매 층을 포함하는, 기체 알켄을 대응되는 기체 불포화 카르복실산으로 전환시키는데 점층적으로 효과적인 혼합된 베드 촉매를 포함한 짧은 접촉 시간 반응기에서 촉매 혼합하고;(c) at least one selected from the group consisting of (i) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, alloys thereof and mixtures thereof, the gaseous mixture and molecular oxygen produced from (b) And (ii) at least one modifier selected from the group of metal oxides, including (ii) metals Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, group 1-3 metals, lanthanide metals and mixtures thereof, and (iii) Mixed or mixed with at least one metal oxide, including metals Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, mixtures of two components thereof, mixtures of three components and mixtures of four or more thereof A first catalyst layer impregnated with a metal oxide support; And (2) a second catalyst layer comprising at least one metal oxide containing Mo, Fe, P, V, and mixtures thereof, to gradually convert the gas alkenes to the corresponding gaseous unsaturated carboxylic acids. Catalyst mixing in a short contact time reactor with an effective mixed bed catalyst;

여기서 제2 촉매 층은 제1 촉매 층으로부터 하위 부분에 일정거리 떨어져 있고, 반응기는 100밀리초 보다 크지않는 반응기 체류시간을 가지고, 500 내지 1000℃온도에서 작동되며; 하나 이상의 크래킹 촉매가 짧은 접촉 시간 반응기로부터 상류 부분으로 일정거리 떨어져 존재하는 것을 포함하는 다단계 방법을 제공한다. Wherein the second catalyst bed is at a distance from the lower part of the first catalyst bed and the reactor has a reactor residence time no greater than 100 milliseconds and is operated at a temperature of 500 to 1000 ° C .; One or more cracking catalysts are provided that include a distance of upstream portion from a short contact time reactor.

다른 구체예에서, 본 발명은 하기 (a),(b),(c) 및 (d)단계를 포함하는, 알칸으로부터 대응되는 불포화 카르복실산을 준비하기 위해 In another embodiment, the present invention provides for preparing a corresponding unsaturated carboxylic acid from an alkane comprising the following steps (a), (b), (c) and (d):

(a)기체 알칸 5-30 중량%와, 알칸을 증기형태의 이산화탄소 및 물로 완전히 산화시키기에 충분한 분자 산소의 화학량적 양을 패싱하고(passing);(a) passing 5-30% by weight of gas alkanes and a stoichiometric amount of molecular oxygen sufficient to completely oxidize the alkanes to carbon dioxide and water in the form of steam;

(b) 증기 및 잔류 양의 알칸을 증기 및 이산화탄소와 혼합하고 그것을 하나 이상의 증기 크래킹 촉매에 접촉시키며;(b) mixing vapor and residual amounts of alkanes with steam and carbon dioxide and contacting it with at least one vapor cracking catalyst;

(c) (b)로부터 생성된 기체 혼합물 및 분자 산소를 적어도 하나의 촉매 존(zone)을 포함한 혼합된 촉매 베드를 포함하고 있는 짧은 접촉 시간 반응기에서 촉매 혼합시키고, 여기서 제1 촉매 존은 (1) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, 그의 합금 및 그들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 및 (2) 금속 Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, 그룹1-3 금속, 란탄계열 금속 및 그의 혼합물을 포함한 금속 산화물의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 개질제를 추가로 포함하 고,(3) 금속 Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, 그들의 2 성분의 혼합물, 3 성분의 혼합물 및 그들의 4 성분 이상의 혼합물을 포함한 적어도 하나의 금속 산화물과 혼합되거나 혼합되지 않으며, 그 촉매는 기체 알켄을 대응되는 기체 불포화 카르복실산 및 포화 카르복실산을 포함하는 기체 증기로 전환시키고; (c) the gas mixture and molecular oxygen produced from (b) are catalytically mixed in a short contact time reactor comprising a mixed catalyst bed comprising at least one catalyst zone, wherein the first catalyst zone is (1 ) At least one metal selected from the group consisting of Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, alloys thereof and mixtures thereof and (2) metals Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, groups 1-3 further comprising at least one modifier selected from the group of metal oxides including metals, lanthanide metals and mixtures thereof, and (3) metals Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Or not mixed with at least one metal oxide, including Ta, V, Zn, a mixture of two components thereof, a mixture of three components, and a mixture of four or more components thereof, and the catalyst converts gaseous alkenes to the corresponding gaseous unsaturated carboxylic acids and With gaseous vapor containing saturated carboxylic acid And ring;

(d) 금속 Mo, Fe, P, V 및 그의 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 금속 산화물을 함유하고, 금속 산화 지지체에 함침 되어있는 촉매를 포함하며, 기체 포화된 카르복실산을 그에 대응되는 기체 불포화 카르복실산으로 전환에 점층적으로 효과적인 제2 촉매 존에 상기 기체 증기를 통과시키며;(d) a catalyst containing at least one metal oxide comprising metals Mo, Fe, P, V and mixtures thereof and impregnated in the metal oxide support, the gaseous saturated carboxylic acid having a corresponding gas desaturation Passing said gas vapor through a second catalyst zone that is progressively effective for conversion to carboxylic acid;

여기서 하나 이상의 크래킹 촉매는 짧은 접촉 시간 반응기를 포함하는 제 1 및 제2 촉매 존에 대해 기체 증기의 흐름 방향과 관련하여 상대적으로 상류 부분에 일정거리 떨어져 위치하며; Wherein the at least one cracking catalyst is located at a distance relative to the upstream portion relative to the flow direction of the gas vapor relative to the first and second catalyst zones comprising a short contact time reactor;

제 1 촉매 존은 반응기를 통과하는 기체 증기의 흐름 방향과 관련하여 제2 촉매 존의 상류 부분에 배치되고;The first catalyst zone is disposed upstream of the second catalyst zone with respect to the direction of flow of gas vapor through the reactor;

제 1 촉매 존은 100밀리초 보다 크지 않는 제1 반응 존 체류시간을 가지고 500 내지 1000℃의 온도범위에서 작동되며;The first catalyst zone is operated in a temperature range of 500-1000 ° C. with a first reaction zone residence time not greater than 100 milliseconds;

제 2 촉매 존은 100밀리초 보다 크지 않는 제2 반응 존 체류시간을 가지고, 300 내지 400℃의 온도 범위에서 작동되고;The second catalyst zone has a second reaction zone residence time not greater than 100 milliseconds and is operated in a temperature range of 300 to 400 ° C;

여기서 알켄의 기체 증기는 1회 통과로 반응기를 통과하거나 비반응 알켄은 반응기로 들어가는 알켄의 기체 증기로 되돌아가며, 포화 카르복실산은 불포화 카르복실산의 총 수율을 증가시키기 위해 제2 촉매 존으로 되돌아간다. Wherein the gaseous vapors of alkenes are passed through the reactor in one pass or the unreacted alkenes are returned to the gaseous vapors of alkenes entering the reactor, and the saturated carboxylic acid is returned to the second catalyst zone to increase the total yield of unsaturated carboxylic acids. Goes.

본 발명은 알칸을 대응되는 불포화 카르복실산의 에스테르로 전환시키기기 위해 The present invention provides for the conversion of alkanes to esters of the corresponding unsaturated carboxylic acids.

(a)기체 알칸 5-30 중량%, 및 알칸을 증기형태의 이산화탄소 및 물로 완전히 산화시키기에 충분한 분자 산소의 화학량적 양을 패싱하고(passing);(a) passing 5-30% by weight of gas alkanes, and a stoichiometric amount of molecular oxygen sufficient to completely oxidize the alkanes to carbon dioxide and water in the form of vapor;

(b) 증기 및 잔류 양의 알칸을 증기 및 이산화탄소와 혼합하고 그것을 하나 이상의 증기 크래킹 촉매에 접촉시키고;(b) mixing steam and residual amounts of alkanes with steam and carbon dioxide and contacting it with at least one steam cracking catalyst;

(c) (b)로부터 생성된 대응되는 알켄 및 분자 산소를 (1)(i) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, 그의 합금 및 그들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 및 (ii) 금속 Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, 그룹1-3 금속, 란탄계열 금속 및 그의 혼합물을 포함한 금속 산화물의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 개질제를 포함하고, (iii) 금속 Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, 그들의 2 성분의 혼합물, 3 성분의 혼합물 및 그들의 4 성분 이상의 혼합물을 포함한 적어도 하나의 금속 산화물과 혼합되거나 혼합되지 않는, 기체 알칸을 그에 대응되는 기체 불포화 카르복실산으로 전환시키는데 점층적 효과적이고, 제1층의 촉매는 금속 산화물 지지체에 함침되어 있는 제1 촉매 층; 및 (2) 기체 불포화 카르복실산을 그의 대응하는 기체 에스테르로 전환시키는데에 점층적으로 효과적인 하나 이상의 촉매를 포함하는 제2 촉매 층을 함유하는 혼합된 촉매 베드를 포함하는 짧은 접촉 시간반응기에서 촉매 혼합하며;(c) the corresponding alkene and molecular oxygen produced from (b) is at least one selected from the group consisting of (1) (i) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, alloys thereof and mixtures thereof At least one modifier selected from a group of metals, including one metal and (ii) metals Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, group 1-3 metals, lanthanide metals and mixtures thereof, (iii ) Mixed with at least one metal oxide, including metals Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, mixtures of two components thereof, mixtures of three components and mixtures of four or more thereof Gradually effective in converting unmixed gas alkanes to the corresponding gaseous unsaturated carboxylic acids, the catalyst of the first layer comprising: a first catalyst layer impregnated in the metal oxide support; And (2) a mixed catalyst bed comprising a mixed catalyst bed containing a second catalyst layer comprising at least one catalyst that is gradually effective in converting the gaseous unsaturated carboxylic acid to its corresponding gas ester. To;

여기서 제2 촉매 층은 제1 촉매 층으로부터 하위 부분에 일정거리 떨어져 있고, 반응기는 100밀리초 보다 크지않는 반응기 체류시간을 가지고, 500 내지 1000℃온도에서 작동되며; 하나 이상의 크래킹 촉매가 짧은 접촉 시간 반응기로부터 반응물의 기체 증기의 흐름과 관련하여 상류 부분으로 일정거리 떨어져 존재한다.  Wherein the second catalyst bed is at a distance from the lower part of the first catalyst bed and the reactor has a reactor residence time no greater than 100 milliseconds and is operated at a temperature of 500 to 1000 ° C .; One or more cracking catalysts are present at some distance to the upstream portion with respect to the flow of gaseous vapor of the reactants from the short contact time reactor.

하나의 구체예에서, 추가의 촉매층이 제1 층, 및 적어도 금속 Mo, Fe, P, V및 이들의 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 금속 산화물을 함유하는 제2 층 사이에 포함되며, 그 추가된 층의 촉매는 기체 포화된 카르복실산을 그의 대응되는 기체 불포화 카르복실산으로 전환시키는데 점층적 효과적이다.In one embodiment, an additional catalyst layer is included between the first layer and a second layer containing at least one metal oxide comprising at least metals Mo, Fe, P, V, and mixtures thereof. The catalyst in the bed is progressively effective in converting the gas saturated carboxylic acid to its corresponding gas unsaturated carboxylic acid.

본 발명은 하기 (a),(b), (c), (d), 및 (e) 단계를 포함하는, 알칸을 그에 대응하는 불포화 카르복실산의 에스테르로 전환하는 방법을 제공한다;The present invention provides a process for converting an alkane to an ester of the corresponding unsaturated carboxylic acid, comprising the following steps (a), (b), (c), (d), and (e);

(a)기체 알칸 5-30 중량%와, 알칸을 증기형태의 이산화탄소 및 물로 완전히 산화시키기에 충분한 분자 산소의 화학량적 양을 패싱하고(passing);(a) passing 5-30% by weight of gas alkanes and a stoichiometric amount of molecular oxygen sufficient to completely oxidize the alkanes to carbon dioxide and water in the form of steam;

(b) 증기 및 잔류 양의 알칸을 증기 및 이산화탄소와 혼합하고 그것을 하나 이상의 증기 크래킹 촉매에 접촉시키며;(b) mixing vapor and residual amounts of alkanes with steam and carbon dioxide and contacting it with at least one vapor cracking catalyst;

(c) (b)로부터 생성된 대응되는 알켄 및 분자 산소를 적어도 하나의 촉매 존(zone)을 포함한 혼합된 촉매 베드를 포함하고 있는 짧은 접촉 시간 반응기에서 촉매혼합하고, 여기서 제1 촉매 존은 (1) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, 그의 합금 및 그들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속; 및 (2) 금속 Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, 그룹1-3 금속, 란탄계열 금속 및 그의 혼합물을 포함한 금속 산화물의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 개질제를 추가로 포함하고, (3) 금속 Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, 그들의 2 성분의 혼합물, 3 성분의 혼합물 및 그들의 4 성분 이상의 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 금속 산화물과 혼합되거나 혼합되지 않으며, 그 촉매는 기체 알켄을 대응되는 기체 불포화 카르복실산 및 포화 카르복실산을 포함하는 기체 증기로 전환시키고; (c) catalytic mixing of the corresponding alkene and molecular oxygen produced from (b) in a short contact time reactor comprising a mixed catalyst bed comprising at least one catalyst zone, wherein the first catalyst zone is ( 1) at least one metal selected from the group consisting of Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, alloys thereof and mixtures thereof; And (2) at least one modifier selected from the group of metal oxides including metals Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, group 1-3 metals, lanthanide metals and mixtures thereof, (3) Mixed with at least one metal oxide comprising a metal Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, a mixture of two components thereof, a mixture of three components and a mixture of four or more thereof Unmixed, the catalyst converts the gas alkene into a gas vapor comprising corresponding gaseous unsaturated carboxylic acids and saturated carboxylic acids;

(d) 금속 Mo, Fe, P, V 및 그의 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 금속 산화물을 함유하고 금속 산화 지지체에 함침 되어있는 촉매를 포함하고, 기체 포화 카르복실산을 그에 대응되는 기체 불포화 카르복실산으로 전환시키는데 점층적으로 효과적인 제2촉매 존에 상기 기체 증기를 통과시키며; (d) a catalyst containing at least one metal oxide comprising metals Mo, Fe, P, V and mixtures thereof and impregnated in the metal oxide support, the gaseous saturated carboxylic acid having a corresponding gas unsaturated carboxyl Passing the gas vapor through a second catalyst zone that is gradually effective to convert to acid;

(e) 알콜을 함유한 제 2 기체 증기를 반응기에 통과시키고; (e) passing a second gas vapor containing alcohol through the reactor;

여기서 하나 이상의 크래킹 촉매는 짧은 접촉 시간 반응기를 포함하는 제1 및 제2 촉매 존 안의 제 1 및 제2 촉매에 대해 기체 증기의 흐름 방향과 관련하여 상대적으로 상류 부분에 일정거리 떨어져 위치하며; Wherein the one or more cracking catalysts are located at a distance relative to the upstream portion relative to the flow direction of the gas vapor relative to the first and second catalysts in the first and second catalyst zones including the short contact time reactor;

반응기는 알켄을 알콜과 함께 그의 대응되는 불포화된 카르복실산의 에스테 르로 전환시키는데 점층적으로 효과적인 하나 이상의 산화 촉매를 포함하며; The reactor comprises at least one oxidation catalyst which is progressively effective in converting the alkene together with the alcohol to the ester of its corresponding unsaturated carboxylic acid;

하나 이상의 산화 촉매는 알칸을 그의 대응되는 불포화 카르복실산으로 전환시키기는데 효과적인 제1 촉매 시스템, 및 알콜의 존재하에 에틸렌계 불포화 알콜을 알콜이 있는 그에 대응되는 에틸렌계 불포화 카르복실산의 에스테르로 전환시키는데 효과적인 제2 촉매를 포함하고;The at least one oxidation catalyst converts the alkanes into their corresponding unsaturated carboxylic acids with a first catalyst system, and the conversion of ethylenically unsaturated alcohols in the presence of alcohols to esters of the corresponding ethylenically unsaturated carboxylic acids with alcohols. And a second catalyst effective to

제 1 촉매는 제 1 반응 존에 배치되고;The first catalyst is disposed in the first reaction zone;

제 2 촉매는 제 2 반응 존에 배치되고;The second catalyst is disposed in the second reaction zone;

제 1 반응 존은 반응기를 통과하는 제 1 기체 증기의 흐름 방향과 관련하여 제2 촉매 존의 상류 부분에 배치되고;The first reaction zone is disposed upstream of the second catalyst zone with respect to the flow direction of the first gas vapor passing through the reactor;

제 2 기체 증기는 제1 반응 존 및 제2 반응 존을 매개하는 반응기로 피드되며;The second gaseous vapor is fed into the reactor which mediates the first reaction zone and the second reaction zone;

제 1 반응 존은 100밀리초 보다 크지 않는 제1 반응 존 체류시간을 가지고 500 내지 1000℃의 온도범위에서 작동되며;The first reaction zone is operated in a temperature range of 500 to 1000 ° C. with a first reaction zone residence time not greater than 100 milliseconds;

제 2 반응 존은 100밀리초 보다 크지 않는 제2 반응 존 체류시간을 가지고, 300 내지 400℃의 온도 범위에서 작동된다. The second reaction zone has a second reaction zone residence time no greater than 100 milliseconds and is operated in a temperature range of 300 to 400 ° C.

본 발명은 하기 (a), (b), (c), (d), (e) 및 (f) 단계를 포함하는, 고급 불포화 카르복실 산을 제조하는 다단계 방법을 제공한다;The present invention provides a multistep process for preparing higher unsaturated carboxylic acids comprising the following steps (a), (b), (c), (d), (e) and (f);

(a)기체 알칸 5-30 중량%와, 알칸을 증기형태의 이산화탄소 및 물로 완전히 산화시키기에 충분한 분자 산소의 화학량적 양을 패싱하고(passing);(a) passing 5-30% by weight of gas alkanes and a stoichiometric amount of molecular oxygen sufficient to completely oxidize the alkanes to carbon dioxide and water in the form of steam;

(b) 증기 및 잔류 양의 알칸을 증기 및 이산화탄소와 혼합하고 그것을 하나 이상의 증기 크래킹 촉매에 접촉시키며;(b) mixing vapor and residual amounts of alkanes with steam and carbon dioxide and contacting it with at least one vapor cracking catalyst;

(c) (b)로부터 생성된 기체 혼합물 및 분자 산소를 적어도 하나의 촉매 존(zone)을 포함한 혼합된 촉매 베드를 포함하고 있는 짧은 접촉 시간 반응기에서 촉매혼합하고, 여기서 제1 촉매 존은 (1) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, 그의 합금 및 그들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속; 및 (2) 금속 Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, 그룹1-3 금속, 란탄계열 금속 및 그의 혼합물을 포함한 금속 산화물의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 개질제를 추가로 포함하고, (3) 금속 Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, 그들의 2 성분의 혼합물, 3 성분의 혼합물 및 그들의 4 성분 이상의 혼합물을 포함한 적어도 하나의 금속 산화물과 혼합되거나 혼합되지 않으며, 그 촉매는 기체 알켄을 대응되는 기체 불포화 카르복실산 및 포화 카르복실산을 포함하는 기체 증기로 전환시키고; (c) catalytic mixing of the gas mixture and molecular oxygen produced from (b) in a short contact time reactor comprising a mixed catalyst bed comprising at least one catalyst zone, wherein the first catalyst zone is (1 ) At least one metal selected from the group consisting of Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, alloys thereof and mixtures thereof; And (2) at least one modifier selected from the group of metal oxides including metals Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, group 1-3 metals, lanthanide metals and mixtures thereof, (3) Mixed or mixed with at least one metal oxide, including metals Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, mixtures of two components thereof, mixtures of three components and mixtures of four or more thereof The catalyst converts the gas alkene into a gas vapor comprising corresponding gaseous unsaturated carboxylic acids and saturated carboxylic acids;

(d) 금속 Mo, Fe, P, V 및 그의 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 금속 산화물을 함유하고 금속 산화 지지체에 함침 되어있는 촉매를 포함하고, 기체 포화된 카르복실산을 그에 대응되는 기체 불포화 카르복실산으로 전환시키는데 점층적으로 효과적인 제2촉매 존에 상기 기체 증기를 통과시키며; (d) a catalyst containing at least one metal oxide comprising metals Mo, Fe, P, V and mixtures thereof and impregnated in the metal oxide support, the gaseous saturated carboxylic acid corresponding thereto being Passing the gas vapor through a second catalyst zone that is gradually effective to convert to acid;

(e) 알칸 및 분자 산소를 포함한 제1 기체 증기를 반응기에 통과시키고;(e) passing a first gas vapor comprising alkanes and molecular oxygen through the reactor;

(f) 알데히드를 포함한 제 2 기체 증기를 반응기에 통과시키며; (f) passing a second gas vapor containing aldehyde through the reactor;

여기서 하나 이상의 크래킹 촉매는 짧은 접촉 시간 반응기를 포함하는 제1 및 제2 촉매 존 안의 제 1 및 제2 촉매에 대해 기체 증기의 흐름 방향과 관련하여 상대적으로 상류 부분에 일정거리 떨어져 위치하며; Wherein the one or more cracking catalysts are located at a distance relative to the upstream portion relative to the flow direction of the gas vapor relative to the first and second catalysts in the first and second catalyst zones including the short contact time reactor;

반응기는 알칸을 그에 대응되는 불포화된 카르복실산의 고급 유사체로 전환시키는데 점층적으로 효과적인 하나 이상의 산화 촉매를 포함하며; The reactor comprises one or more oxidation catalysts that are progressively effective in converting the alkanes to the corresponding higher analogs of unsaturated carboxylic acids;

하나 이상의 산화 촉매는 알칸을 그의 대응되는 포화 카르복실산으로 전환시키기는데 효과적인 제1 촉매 시스템, 및 포화된 카르복실산을 알데히드의 존재하에 그에 대응되는, 알데히드가 있는 고급 유사체 불포화 카르복실산으로 전환시키는데 효과적인 제2 촉매를 포함하고;The at least one oxidation catalyst converts the alkanes into their corresponding saturated carboxylic acids with the first catalytic system, and the saturated carboxylic acids with corresponding aldehyde higher analog unsaturated carboxylic acids in the presence of aldehydes. And a second catalyst effective to

제 1 촉매는 제 1 반응 존에 배치되고;The first catalyst is disposed in the first reaction zone;

제 2 촉매는 제 2 반응 존에 배치되고;The second catalyst is disposed in the second reaction zone;

제 1 반응 존은 반응기를 통과하는 제 1 기체 증기의 흐름 방향과 관련하여 제2 촉매 존의 상류 부분에 배치되고;The first reaction zone is disposed upstream of the second catalyst zone with respect to the flow direction of the first gas vapor passing through the reactor;

제 2 기체 증기는 제1 반응 존 및 제2 반응 존을 매개하는 반응기에 피드되며;The second gaseous vapor is fed into the reactor which mediates the first reaction zone and the second reaction zone;

제 1 반응 존은 100밀리초 보다 크지 않는 제1 반응 존 체류시간을 가지고 500 내지 1000℃의 온도범위에서 작동되며;The first reaction zone is operated in a temperature range of 500 to 1000 ° C. with a first reaction zone residence time not greater than 100 milliseconds;

제 2 반응 존은 100밀리초 보다 크지 않는 제2 반응 존 체류시간을 가지고, 300 내지 400℃의 온도 범위에서 작동된다. The second reaction zone has a second reaction zone residence time no greater than 100 milliseconds and is operated in a temperature range of 300 to 400 ° C.

본 발명은 하기 (a), (b), (c), 및 (d)의 단계를 포함하는, 알칸을 그에 대응되는 불포화 카르복실산으로 전환하는 다단계 방법을 제공한다;The present invention provides a multistep process for converting alkanes to the corresponding unsaturated carboxylic acids, comprising the steps of (a), (b), (c), and (d);

(a) 기체 알칸 5-30 중량%와, 알칸을 증기형태의 이산화탄소 및 물로 완전히 산화시키기에 충분한 분자 산소의 화학량적 양을 패싱하고(passing);(a) passing 5-30% by weight of gas alkanes and a stoichiometric amount of molecular oxygen sufficient to completely oxidize the alkanes to carbon dioxide and water in vapor form;

(b) 증기 및 잔류 양의 알칸을 증기 및 이산화탄소와 혼합하고 그것을 하나 이상의 증기 크래킹 촉매에 접촉시키며;(b) mixing vapor and residual amounts of alkanes with steam and carbon dioxide and contacting it with at least one vapor cracking catalyst;

(c) (b)로부터 생성된 기체 혼합물 및 분자 산소를 적어도 하나의 촉매 존(zone)을 포함한 혼합된 촉매 베드를 포함하고 있는 짧은 접촉 시간 반응기에서 촉매혼합시키고, 여기서 제1 촉매 존은 (1) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, 그의 합금 및 그들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속; 및 (2) 금속 Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, 그룹1-3 금속, 란탄계열 금속 및 그의 혼합물을 포함한 금속 산화물의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 개질제를 추가로 포함하고, (3) 금속 Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, 그들의 2 성분의 혼합물, 그들의 3 성분의 혼합물 및 그들의 4 성분 이상의 혼합물을 포함한 적어도 하나의 금속 산화물과 혼합되거나 혼합되지 않으며, 그 촉매는 기체 알켄을 대응되는 기체 불포화 카르복실산 및 포화 카르복실산을 포함하는 기체 증기로 전환시키고; (c) catalytic mixture of the gas mixture and molecular oxygen produced from (b) in a short contact time reactor comprising a mixed catalyst bed comprising at least one catalyst zone, wherein the first catalyst zone is (1 ) At least one metal selected from the group consisting of Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, alloys thereof and mixtures thereof; And (2) at least one modifier selected from the group of metal oxides including metals Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, group 1-3 metals, lanthanide metals and mixtures thereof, (3) Mixed with at least one metal oxide, including metals Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, mixtures of their two components, mixtures of their three components and mixtures of four or more thereof Unmixed, the catalyst converts the gas alkene into a gas vapor comprising corresponding gaseous unsaturated carboxylic acids and saturated carboxylic acids;

(d) 금속 Mo, Fe, P, V 및 그의 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 금속 산화물을 함유하고 금속 산화 지지체에 함침 되어있는 촉매를 포함하고, 기체 포화된 카르복실산을 그에 대응되는 기체 불포화 카르복실산으로 전환시키는데 점층적으로 효과적인 제2촉매 존에 상기 기체 증기를 통과시키며; (d) a catalyst containing at least one metal oxide comprising metals Mo, Fe, P, V and mixtures thereof and impregnated in the metal oxide support, the gaseous saturated carboxylic acid corresponding thereto being Passing the gas vapor through a second catalyst zone that is gradually effective to convert to acid;

여기서 하나 이상의 크래킹 촉매는 짧은 접촉 시간 반응기를 포함하는 제1 및 제2 반응 존안의 제 1 및 제2 촉매에 대해 기체 증기의 흐름 방향과 관련하여 상대적으로 상류 부분에 일정거리 떨어져 위치하며; Wherein the at least one cracking catalyst is located at a distance relative to the upstream portion relative to the flow direction of the gas vapor relative to the first and second catalysts in the first and second reaction zones including the short contact time reactor;

반응기는 알켄을 그에 대응되는 불포화 카르복실산으로 전환시키는데 점층적으로 효과적인 하나 이상의 산화 촉매를 포함하며; The reactor comprises at least one oxidation catalyst which is progressively effective in converting the alkene to the corresponding unsaturated carboxylic acid;

하나 이상의 산화 촉매는 알칸을 그의 대응되는 알켄으로 전환시키는데 효과적인 적어도 하나의 증기 크래킹 촉매, 알켄을 그에 대응하는 포화된 카르복실산 및 불포화 카르복실산으로 전환시키기는데 효과적인 제1 및 제2 촉매, 및 포화된 카르복실산 을 그에 대응하는 불포화된 카르복실산으로 전환하는데 효과적인 제3 촉매를 포함하고; The at least one oxidation catalyst comprises at least one vapor cracking catalyst effective to convert alkanes to their corresponding alkenes, first and second catalysts effective to convert alkenes to the corresponding saturated and unsaturated carboxylic acids, and A third catalyst effective to convert the saturated carboxylic acid into the corresponding unsaturated carboxylic acid;

제 1 촉매는 제 1 반응 존에 배치되며;The first catalyst is disposed in the first reaction zone;

제 2 촉매는 제 2 반응 존에 배치되고;The second catalyst is disposed in the second reaction zone;

제 3 촉매는 제3 반응 존에 배치되며;The third catalyst is disposed in the third reaction zone;

제 1 반응 존은 반응기를 통과하는 제 1 기체 증기의 흐름 방향과 관련하여 제2 반응 존의 상류 부분에 배치되고;The first reaction zone is disposed upstream of the second reaction zone with respect to the flow direction of the first gas vapor passing through the reactor;

제 2 반응 존은 반응기를 통과하는 제1 기체 증기의 흐름 방향과 관련하여 제3 반응 존의 상류 부분에 배치되며;The second reaction zone is disposed upstream of the third reaction zone with respect to the flow direction of the first gas vapor passing through the reactor;

제 2 기체 증기는 제 2 반응 존 및 제 3 반응 존을 매개하는 반응기에 피드되고;The second gas vapor is fed to a reactor which mediates the second reaction zone and the third reaction zone;

제 1 반응 존은 100밀리초 보다 크지 않는 제1 반응 존 체류시간을 가지고 500 내지 1000℃의 온도범위에서 작동되며;The first reaction zone is operated in a temperature range of 500 to 1000 ° C. with a first reaction zone residence time not greater than 100 milliseconds;

제 2 반응 존은 100밀리초 보다 크지 않는 제2 반응 존 체류시간을 가지고, 300 내지 400℃의 온도 범위에서 작동된다. The second reaction zone has a second reaction zone residence time no greater than 100 milliseconds and is operated in a temperature range of 300 to 400 ° C.

제 3 반응 존은 100밀리초 보다 크지 않는 제 3 반응 존 체류시간을 가지고, 100 내지 300℃의 온도 범위에서 작동된다. The third reaction zone has a third reaction zone residence time no greater than 100 milliseconds and is operated in a temperature range of 100 to 300 ° C.

본 발명은 하기 (a),(b), (c), (d), 및 (e) 단계를 포함하는 알칸을 대응 고급 불포화 카르복실산으로 전환시키는 다단계 방법을 제공한다;The present invention provides a multistep process for converting an alkane to a corresponding higher unsaturated carboxylic acid comprising the following steps (a), (b), (c), (d), and (e);

(a) 기체 알칸 5-30 중량%와, 알칸을 증기형태의 이산화탄소 및 물로 완전히 산화시키기에 충분한 분자 산소의 화학량적 양을 패싱하고(passing);(a) passing 5-30% by weight of gas alkanes and a stoichiometric amount of molecular oxygen sufficient to completely oxidize the alkanes to carbon dioxide and water in vapor form;

(b) 증기 및 잔류 양의 알칸을 증기 및 이산화탄소와 혼합하고 그것을 하나 이상의 증기 크래킹 촉매에 접촉시키며;(b) mixing vapor and residual amounts of alkanes with steam and carbon dioxide and contacting it with at least one vapor cracking catalyst;

(c) (b)로부터 생성된 기체 혼합물 및 분자 산소를 적어도 하나의 촉매 존(zone)을 포함한 혼합된 촉매 베드를 포함하고 있는 짧은 접촉 시간 반응기에서 촉매혼합하고, 여기서 제1 촉매 존은 (1) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, 그의 합금 및 그들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속; 및 (2) 금속 Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, 그룹1-3 금속, 란탄계열 금속 및 그의 혼합물을 포함한 금속 산화물의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 개질제를 추가로 포함하고, (3) 금속 Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, 그들의 2 성분의 혼합물, 3 성분의 혼합물 및 그들의 4 성분 이상의 혼합물을 포함한 적어도 하나의 금속 산화물과 혼합되거나 혼합되지 않으며, 그 촉매는 기체 알켄을 대응되는 기체 불포화 카르복실산 및 포화 카르복실산을 포함하는 기체 증기로 전환시키고; (c) catalytic mixing of the gas mixture and molecular oxygen produced from (b) in a short contact time reactor comprising a mixed catalyst bed comprising at least one catalyst zone, wherein the first catalyst zone is (1 ) At least one metal selected from the group consisting of Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, alloys thereof and mixtures thereof; And (2) at least one modifier selected from the group of metal oxides including metals Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, group 1-3 metals, lanthanide metals and mixtures thereof, (3) Mixed or mixed with at least one metal oxide, including metals Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, mixtures of two components thereof, mixtures of three components and mixtures of four or more thereof The catalyst converts the gas alkene into a gas vapor comprising corresponding gaseous unsaturated carboxylic acids and saturated carboxylic acids;

(d) 금속 Mo, Fe, P, V 및 그의 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 금속 산화물을 함유하고 금속 산화 지지체에 함침 되어있는 촉매를 포함하고, 기체 포화된 카르복실산을 그에 대응되는 기체 불포화 카르복실산으로 전환시키는데 점층적으로 효과적인 제2촉매 존에 상기 기체 증기를 통과시키며;(d) a catalyst containing at least one metal oxide comprising metals Mo, Fe, P, V and mixtures thereof and impregnated in the metal oxide support, the gaseous saturated carboxylic acid corresponding thereto being Passing the gas vapor through a second catalyst zone that is gradually effective to convert to acid;

(e) 알데히드를 함유한 제 2 기체 증기를 반응기에 통과시키고; (e) passing a second gas vapor containing aldehyde through the reactor;

여기서 하나 이상의 크래킹 촉매는 짧은 접촉 시간 반응기를 포함하는 제1 및 제2 반응 존안의 제 1 및 제2 촉매에 대해 기체 증기의 흐름 방향과 관련하여 상대적으로 상류 부분에 일정거리 떨어져 위치하며; Wherein the at least one cracking catalyst is located at a distance relative to the upstream portion relative to the flow direction of the gas vapor relative to the first and second catalysts in the first and second reaction zones including the short contact time reactor;

반응기는 알칸을 알데히드가 있는 그에 대응되는 불포화 카르복실산으로 전환시키는데 점층적으로 효과적인 하나 이상의 산화 촉매를 포함하며; The reactor comprises one or more oxidation catalysts which are progressively effective in converting the alkanes to their corresponding unsaturated carboxylic acids with aldehydes;

하나 이상의 산화 촉매는 알칸을 그의 대응되는 알켄으로 전환시키는데 효과적인 제 1 촉매, 알켄을 그에 대응하는 포화된 카르복실산으로 전환시키기는데 효과적인 제2 촉매, 및 포화된 카르복실산을 알데히드 존재하에 알데히드가 있는 그에 대응하는 고급 유사체 불포화된 카르복실산으로 전환하는데 효과적인 제3 촉매를 포함하고; The at least one oxidation catalyst comprises a first catalyst effective to convert alkanes to their corresponding alkenes, a second catalyst effective to convert alkenes to their corresponding saturated carboxylic acids, and saturated carboxylic acids in the presence of aldehydes. A third catalyst effective for converting to the corresponding higher analog unsaturated carboxylic acid;

제 1 촉매는 제 1 반응 존에 배치되며;The first catalyst is disposed in the first reaction zone;

제 2 촉매는 제 2 반응 존에 배치되고;The second catalyst is disposed in the second reaction zone;

제 3 촉매는 제3 반응 존에 배치되며;The third catalyst is disposed in the third reaction zone;

제 1 반응 존은 반응기를 통과하는 제 1 기체 증기의 흐름 방향과 관련하여 제2 반응 존의 상류 부분에 배치되고;The first reaction zone is disposed upstream of the second reaction zone with respect to the flow direction of the first gas vapor passing through the reactor;

제 2 반응 존은 반응기를 통과하는 제 1 기체 증기의 흐름 방향과 관련하여 제3 반응 존의 상류 부분에 배치되며;The second reaction zone is disposed upstream of the third reaction zone with respect to the flow direction of the first gas vapor passing through the reactor;

제 2 기체 증기는 제 2 반응 존 및 제 3 반응 존을 매개하는 반응기에 피드되고;The second gas vapor is fed to a reactor which mediates the second reaction zone and the third reaction zone;

제 1 반응 존은 100밀리초 보다 크지 않는 제1 반응 존 체류시간을 가지고 500 내지 1000℃의 온도범위에서 작동되며;The first reaction zone is operated in a temperature range of 500 to 1000 ° C. with a first reaction zone residence time not greater than 100 milliseconds;

제 2 반응 존은 100밀리초 보다 크지 않는 제2 반응 존 체류시간을 가지고, 300 내지 400℃의 온도 범위에서 작동된다. The second reaction zone has a second reaction zone residence time no greater than 100 milliseconds and is operated in a temperature range of 300 to 400 ° C.

제 3 반응 존은 100밀리초 보다 크지 않는 제 3 반응 존 체류시간을 가지고, 100 내지 300℃의 온도 범위에서 작동된다. The third reaction zone has a third reaction zone residence time no greater than 100 milliseconds and is operated in a temperature range of 100 to 300 ° C.

본 발명은 (a), (b), (c), (d), (e) 및 (f)단계를 포함한, 알칸을 대응하는 불포화된 카르복실산의 고급 유사체 에스테르로 전환시키는 다단계 방법을 제공한다;The present invention provides a multistep process for converting alkanes to higher analogue esters of the corresponding unsaturated carboxylic acids, comprising steps (a), (b), (c), (d), (e) and (f). do;

(a) 기체 알칸 5-30 중량%와, 알칸을 증기형태의 이산화탄소 및 물로 완전히 산화시키기에 충분한 분자 산소의 화학량적 양을 패싱하고(passing);(a) passing 5-30% by weight of gas alkanes and a stoichiometric amount of molecular oxygen sufficient to completely oxidize the alkanes to carbon dioxide and water in vapor form;

(b) 증기 및 잔류 양의 알칸을 증기 및 이산화탄소와 혼합하고 그것을 하나 이상의 증기 크래킹 촉매에 접촉시키며;(b) mixing vapor and residual amounts of alkanes with steam and carbon dioxide and contacting it with at least one vapor cracking catalyst;

(c) (b)로부터 생성된 기체 혼합물 및 분자 산소를 적어도 하나의 촉매 존(zone)을 포함한 혼합된 촉매 베드를 포함하고 있는 짧은 접촉 시간 반응기에서 촉매적으로 혼합하고, 여기서 제1 촉매 존은 (1) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, 그의 합금 및 그들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속; 및 (2) 금속 Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, 그룹1-3 금속, 란탄계열 금속 및 그의 혼합물을 포함한 금속 산화물의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 개질제를 추가로 포함하고, (3) 금속 Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, 그들의 2 성분의 혼합물, 그들의 3 성분의 혼합물 및 그들의 4 성분 이상의 혼합물을 포함한 적어도 하나의 금속 산화물과 혼합되거나 혼합되지 않으며, 그 촉매는 기체 알켄을 대응되는 기체 불포화 카르복실산 및 포화 카르복실산을 포함하는 기체 증기로 전환시키고; (c) catalytically mixing the gas mixture and molecular oxygen resulting from (b) in a short contact time reactor comprising a mixed catalyst bed comprising at least one catalyst zone, wherein the first catalyst zone is (1) at least one metal selected from the group consisting of Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, alloys thereof and mixtures thereof; And (2) at least one modifier selected from the group of metal oxides including metals Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, group 1-3 metals, lanthanide metals and mixtures thereof, (3) Mixed with at least one metal oxide, including metals Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, mixtures of their two components, mixtures of their three components and mixtures of four or more thereof Unmixed, the catalyst converts the gas alkene into a gas vapor comprising corresponding gaseous unsaturated carboxylic acids and saturated carboxylic acids;

(d) 금속 Mo, Fe, P, V 및 그의 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 금속 산화물을 함유하고 금속 산화 지지체에 함침 되어있는 촉매를 포함하고, 기체 포화된 카르복실산을 그에 대응되는 기체 불포화 카르복실산으로 전환시키는데 점층적으로 효과적인 제2촉매 존에 상기 기체 증기를 통과시키며;(d) a catalyst containing at least one metal oxide comprising metals Mo, Fe, P, V and mixtures thereof and impregnated in the metal oxide support, the gaseous saturated carboxylic acid corresponding thereto being Passing the gas vapor through a second catalyst zone that is gradually effective to convert to acid;

(e) 포름알데히드를 함유한 알데히드를 함유한 제 2 기체 증기를 반응기에 통과시키고;(e) passing a second gas vapor containing formaldehyde containing aldehyde through the reactor;

(f) 알콜을 함유한 제 3 기체 증기를 반응기에 통과시키며;(f) passing a third gas vapor containing alcohol through the reactor;

여기서 반응기는 알칸을 알데히드 및 알콜이 있는 대응되는 불포화 카르복실산의 고급 유사체 에스테르로 전화시키는데 점층적으로 효과적인 하나 이상의 산화 촉매를 포함하고;Wherein the reactor comprises one or more oxidation catalysts which are progressively effective in converting the alkanes to higher analogue esters of the corresponding unsaturated carboxylic acids with aldehydes and alcohols;

하나 이상의 산화 촉매는 알칸을 그에 대응대는 포화 카르복실산으로 전환시키는데 효과적인 제1 촉매, 알데히드 존재하에 포화 카르복실산을 그에 대응되는 고급 유사체 불포화 카르복실산으로 전환시키는데 효과적인 제2 촉매 및 알콜의 존재하에 고급 유사체 불포화 카르복실산을 알콜이 있는 그에 대응되는 불포화 카르복실산의 고급 유사체 에스테르로 전환시키는데 효과적인 제3 촉매를 포함하며;The one or more oxidation catalysts comprises a first catalyst effective for converting the alkanes to the corresponding saturated carboxylic acid, a second catalyst and an alcohol effective for converting the saturated carboxylic acid to the corresponding higher analog unsaturated carboxylic acid in the presence of an aldehyde. A third catalyst effective for converting the higher analog unsaturated carboxylic acid underneath to the higher analog ester of the corresponding unsaturated carboxylic acid with alcohol;

제 1 촉매는 제 1 반응 존에 배치되며;The first catalyst is disposed in the first reaction zone;

제 2 촉매는 제 2 반응 존에 배치되고;The second catalyst is disposed in the second reaction zone;

제 3 촉매는 제3 반응 존에 배치되며;The third catalyst is disposed in the third reaction zone;

여기서 하나 이상의 크래킹 촉매는 짧은 접촉 시간 반응기를 포함하는 제1 및 제2 반응 존안의 제 1 및 제2 촉매에 대해 기체 증기의 흐름 방향과 관련하여 상대적으로 상류 부분에 일정거리 떨어져 위치하며; Wherein the at least one cracking catalyst is located at a distance relative to the upstream portion relative to the flow direction of the gas vapor relative to the first and second catalysts in the first and second reaction zones including the short contact time reactor;

제 1 반응 존은 반응기를 통과하는 제 1 기체 증기의 흐름 방향과 관련하여 제2 반응 존의 상류 부분에 배치되고;The first reaction zone is disposed upstream of the second reaction zone with respect to the flow direction of the first gas vapor passing through the reactor;

제 2 반응 존은 반응기를 통과하는 제 1 기체 증기의 흐름 방향과 관련하여 제3 반응 존의 상류 부분에 배치되며;The second reaction zone is disposed upstream of the third reaction zone with respect to the flow direction of the first gas vapor passing through the reactor;

제 2 기체 증기는 제 1 반응 존 및 제 2 반응 존을 매개하는 반응기로 피드되고;The second gaseous vapor is fed into the reactor which mediates the first reaction zone and the second reaction zone;

제 3 기체 증기는 제2 반응 존 및 제3 반응 존을 매개하는 반응기로 피드괴며; The third gas vapor feeds into the reactor which mediates the second reaction zone and the third reaction zone;

제 1 반응 존은 100밀리초 보다 크지 않는 제1 반응 존 체류시간을 가지고 500 내지 1000℃의 온도범위에서 작동되며;The first reaction zone is operated in a temperature range of 500 to 1000 ° C. with a first reaction zone residence time not greater than 100 milliseconds;

제 2 반응 존은 100밀리초 보다 크지 않는 제2 반응 존 체류시간을 가지고, 300 내지 400℃의 온도 범위에서 작동된다. The second reaction zone has a second reaction zone residence time no greater than 100 milliseconds and is operated in a temperature range of 300 to 400 ° C.

제 3 반응 존은 100밀리초 보다 크지 않는 제 3 반응 존 체류시간을 가지고, 100 내지 300℃의 온도 범위에서 작동된다. The third reaction zone has a third reaction zone residence time no greater than 100 milliseconds and is operated in a temperature range of 100 to 300 ° C.

본 발명은 (a) 하나 이상의 증기 크래킹 촉매를 사용하여 알칸을 알켄으로 부터 선택된 대응 생성물로 전환시키고;(b) 본 발명의 촉매 시스템을 사용하여 짧은 접촉 시간 반응기안에서 알켄을 불포화 카르복실산 및 고급 유사체 불포화 카르복실산으로부터 선택된 추가적 산소화물로 전환시키며; (c) 결과 생성물 또는 생성물을, 제 2차 반응기에 피드 역활을 하는 제 1차 증기 크래킹 반응기의 생성물과 함께 짧은 접촉 시간 조건하에서 제 2 차 고정된 베드 산화 반응기의 앞 뒤(front end)에 첨가하는 단계를 포함하는 다단계 재순환 방법을 제공한다. 하나의 구체예에서, 본발명은 제 1 증기 크래킹 반응기에서 비반응한 알칸 및 짧은 접촉 시간 반응기에서, 비반응한 알켄을 각각 알칸 및 알켄을 재순환시키기 위해, 짧은 접촉 시간 반응기로 피드하는 것을 포함한다. The present invention relates to (a) the conversion of alkanes to a corresponding product selected from alkenes using one or more vapor cracking catalysts; (b) using a catalyst system of the invention to convert alkenes into unsaturated carboxylic acids and higher Conversion to an additional oxygenate selected from analog unsaturated carboxylic acids; (c) adding the resultant product or product to the front end of the second fixed bed oxidation reactor under short contact time conditions with the product of the first steam cracking reactor which feeds the secondary reactor. It provides a multi-stage recycling method comprising the step of. In one embodiment, the present invention comprises feeding unreacted alkenes in a first vapor cracking reactor and a short contact time reactor to a short contact time reactor for recycling the alkanes and alkenes, respectively. .

본 발명은 알칸을 바람직하게 산소화된 생성물로의 전환을 향상시키는데 점층적인 효과가 있는 열경사도를 제공하는 단계를 포함하는, 알칸을 불포화카르복실산, 고급 유도체 불포화 카르복실산 및 그의 에스테르로부터 선택된 대응하는 생산물로 전환하는 다단계 방법을 제공한다.The present invention provides a counterpart selected from unsaturated carboxylic acids, higher derivative unsaturated carboxylic acids and esters thereof, the method comprising providing a thermal gradient having a gradual effect on enhancing the conversion of alkanes to preferably oxygenated products. It provides a multi-step method of converting the product to a product.

본 발명은 알칸을 바람직한 산소화된 생성물로 전환을 향상에 점층적인 효과가 있는 하나 이상의 촉매 시스템을 추가로 포함한 촉매 캐스케이드(cascade)를 제 공하는 단계를 포함하는, 알칸을 불포화된 카르복실산, 고급유사체 불포화 카르복실산 및 그의 에스테르로부터 선택된 그의 대응 생성물로 전환시키는 다단계 방법을 또한 제공한다.The present invention provides a catalyst cascade comprising the step of providing a catalyst cascade further comprising at least one catalyst system having a gradual effect in enhancing the conversion of alkanes to the desired oxygenated product. There is also provided a multistep process of converting analogue unsaturated carboxylic acids and their esters to their corresponding products selected.

여기서 사용된 용어 "다단계 방법"은 2개의 반응기를 포함한 두 개 이상의 단계의 혼합을 의미하며, 여기서 각 반응기는 적어도 하나의 촉매를 포함하며, 반응기는 하나 이상의 알칸을 하나 이상 대응되는 산소화된 생성물로 점층적 전환에 효과가 있는 짧은 접촉 시간 반응기안에서 적어도 하나의 촉매와 적어도 하나의 촉매 반응기를 혼합하는 것을 추가로 포함한다.As used herein, the term "multistage process" refers to the mixing of two or more stages, including two reactors, where each reactor comprises at least one catalyst, wherein the reactor comprises one or more alkanes as one or more corresponding oxygenated products. The method further comprises mixing at least one catalyst and at least one catalytic reactor in a short contact time reactor effective for gradual conversion.

하나의 구체예에서, 다단계 방법은 짧은 접촉 시간 반응기 안에 적어도 하나의 촉매와 결합하는 증기 크래킹 반응기, 하나 이상의 알칸을 하나 이상의 대응 알켄으로 전환시키는 증기 크래킹 반응기, 및 하나 이상의 대응 알켄을 하나 이상의 대응 산소화된 생성물로 전환시키는 짧은 접촉 시간 반응기를 포함하는 다단계 방법이다.In one embodiment, the multi-stage process includes a vapor cracking reactor that combines at least one catalyst in a short contact time reactor, a vapor cracking reactor that converts one or more alkanes into one or more corresponding alkenes, and one or more corresponding oxygenation of one or more corresponding alkenes. It is a multi-stage method comprising a short contact time reactor to convert to a converted product.

여기서 사용된 용어" 점층적인 전환"은 구체적 반응 조건 하에서 본 발명의 촉매 시스템을 사용하여 하나 이상의 구체적 반응물질로부터 바람직한 생성물 증기를 생산하는 것을 의미한다. 설명을 위해 예를 들면, 알칸을 알콜이 있는 그에 대응되는 불포화된 카르복실산의 에스테르로의 점층적으로 전환시키는 것은 그 이용된 촉매가 고안된 반응 조건하에서 알칸 및 알콜을 포함한 피드 증기 위에서 작동할 때, 추가된 알콜에 대응하는 불포화된 카르복실산이 있는 추가된 알콜의 에스테르를 포함하는 생성물 증기를 생성하는 것을 의미한다.As used herein, the term "gradual conversion" means producing the desired product vapor from one or more specific reactants using the catalyst system of the present invention under specific reaction conditions. For illustrative purposes, for example, the gradual conversion of alkanes to esters of the corresponding unsaturated carboxylic acids with alcohols is carried out when the catalysts used are operated on feed vapors containing alkanes and alcohols under the reaction conditions devised. By means of producing a product vapor comprising an ester of an added alcohol with an unsaturated carboxylic acid corresponding to the added alcohol.

여기서 사용된 용어" 촉매 시스템"은 두개 이상의 촉매를 의미한다. 용어 "다단계 촉매 시스템"은 알켄을 대응하는 산소화된 생성물로 점층적 전환시키기위한 하나 이상의 산화촉매로 혼합된 하나 이상의 크래킹 촉매를 의미한다. 예를 들어, 알루미나 지지체에 함침된 백금 금속 및 인디늄 옥시드를 촉매 시스템으로 정의할 수 있다. 또 다른 예로 백금 거즈(gauze)에 함침된 니오비늄옥시드가 있다. 또 다른 예에는, 실리카에 함침된 백금 금속, 바나듐 옥시드 및 망간 옥시드가 있다.The term "catalyst system" as used herein means two or more catalysts. The term "multistage catalyst system" means one or more cracking catalysts mixed with one or more oxidation catalysts for the gradual conversion of alkenes to the corresponding oxygenated products. For example, platinum metal and indium oxide impregnated in an alumina support can be defined as a catalyst system. Another example is niobium oxide impregnated with platinum gauze. Another example is platinum metal, vanadium oxide and manganese oxide impregnated with silica.

따라서, 본 발명은 알칸 및 산소로부터 탈수소화된 생성물 및 산소화된 생성물을 짧은 접촉 시간으로 제조하는 다단계 산화/탈수소화 촉매 및 다단계 방법에 관한것이다. 적당한 알칸은 직쇄 또는 분지쇄를 가지는 알칸을 포함한다. 적당한 알칸의 예에는 C3-C25 알칸, 바람직하게는 프로판, 부탄, 이소부탄, 펜탄, 이소펜탄, 헥산 및 헵탄과 같은 C3-8알칸이다. 특히 더 바람직한 알칸은 프로판 및 이소부탄이다.Accordingly, the present invention relates to a multistage oxidation / dehydrogenation catalyst and multistage process for preparing dehydrogenated and oxygenated products from alkanes and oxygen with short contact times. Suitable alkanes include alkanes having straight or branched chains. Examples of suitable alkanes include C 3, such as C 3 -C 25 alkanes, preferably propane, butane, isobutane, pentane, isopentane, hexane and heptane - an 8 alkane. Especially preferred alkanes are propane and isobutane.

본 발명의 다단계 촉매 시스템은 알칸을, 포화 카르복실산, 불포화 카르복실산, 그의 에스테르, 및 고급 유사체 불포화 카르복실산 및 그의 에스테르를 포함하는 그의 대응 알켄 및 산소화물로 점층적 전환시킨다. 촉매 시스템은 구체적 알켄, 산소화물 및 그의 혼합물을 제공하기 위해 고안된다. 하나의 구체예에서, 하나이상의 종래의 증기 크래킹 촉매의 사용은 알칸을 대응 알켄으로 촉매 전환하게 한다. 크래킹 반응기에서 생성된 대응 알켄은 짧은 접촉 시간 반응기안에서 대응되는 산소화물 생성물을 제공하기 위해 하나 이상의 산화 촉매와 접촉된다. 다른 구체예에서, 비 반응한 알칸, 알켄 또는 중간체는 본 발명에 따라 그것을 그의 대응 산소화물로 촉매 전환시키기 위해 재순환된다. 개별 구체예에서, 본발명의 촉매적 시스템 또는 증기 크래킹 촉매를 사용하여 대응되는 알칸의 탈수소화되어 생성된 알켄은 방법 과정의 화학적 중간체로서 자발적으로 생성되어지고 추가의 대응 산소화된 생성물로 선택적 부분적 산화되기 전에 대응 알켄으로 분리되지 않는다. 예를 들어, 알켄을 그에 대응하는 에틸렌계 불포화된 카르복실산으로 촉매 전환이 이루어질 때, 비 반응된 알켄은 회수되거나, 재순환되어 그것을 그에 대응하는 에틸렌계 불포화 카르복실산 생성물 증기로 촉매 전환된다. The multistage catalyst system of the present invention converts alkanes into their corresponding alkenes and oxygenates, including saturated carboxylic acids, unsaturated carboxylic acids, esters thereof, and higher analog unsaturated carboxylic acids and esters thereof. The catalyst system is designed to provide specific alkenes, oxygenates and mixtures thereof. In one embodiment, the use of one or more conventional vapor cracking catalysts allows catalytic conversion of alkanes to the corresponding alkenes. The corresponding alkene produced in the cracking reactor is contacted with one or more oxidation catalysts to provide the corresponding oxygenate product in a short contact time reactor. In another embodiment, unreacted alkanes, alkenes or intermediates are recycled in accordance with the invention to catalyze it to its corresponding oxygenate. In a separate embodiment, dehydrogenation of the corresponding alkanes produced using the catalytic system or vapor cracking catalyst of the present invention is spontaneously produced as a chemical intermediate of the process and selective partial oxidation into additional corresponding oxygenated products. It is not separated into the corresponding alkene before it is. For example, when catalytic conversion of alkenes to their corresponding ethylenically unsaturated carboxylic acids is made, unreacted alkenes are recovered or recycled and catalytically converted to their corresponding ethylenically unsaturated carboxylic acid product vapors.

본 발명의 하나의 예에서, 알칸은 두 개 이상의 증기 크래킹 촉매 존을 통과할 때 그의 대응되는 알켄 중간체로 촉매 전환된다. 예를 들어, 프로판은 증기 촉매 반응기를 통과하여 프로필렌으로 전환된다. 다른 예에서, 혼합된 히브리드 촉매 베드의 제1 및 제2 단계 촉매 존 또는 층에서 알칸은 그에 대응되는 포화된 카르복실산으로 촉매 전환된다. 추가의 포름알데히드 증기존재하에, 혼합된 베드 촉매의 제2 촉매 존 또는 층에서 포화된 카르복실산은 그에 대응되는 고급 유사체 에틸렌계 불포화 카르복실산으로 전환된다. 구체적 예로, 프로판은 프로피온 산으로 촉매 전환된고, 포름알데히드 존재하에 그 프로피온산은 메타크릴산으로 촉매전환된다.In one example of the invention, the alkanes are catalytically converted to their corresponding alkene intermediates when passing through two or more vapor cracking catalyst zones. For example, propane is converted to propylene through a steam catalytic reactor. In another example, the alkanes in the first and second stage catalyst zones or layers of the mixed hybrid catalyst bed are catalytically converted to the corresponding saturated carboxylic acids. In the presence of additional formaldehyde vapor, the saturated carboxylic acid in the second catalyst zone or bed of the mixed bed catalyst is converted to the corresponding higher analog ethylenically unsaturated carboxylic acid. In a specific example, propane is catalytically converted to propionic acid, and the propionic acid is catalytically converted to methacrylic acid in the presence of formaldehyde.

여기서 사용된 용어 "고급 유사체 불포화 카르복실산" 및 "고급 유사체 불포화 카르복실산의 에스테르"는 알칸 또는 알켄 반응물과 비교하여 최종 생성물에 적어도 하나의 추가된 탄소 원자가 있는 생성물을 의미한다. 상기 주어진 예에서, 프로판(C3 알칸)은 프로피온산(C3 포화 카르복실산)으로 전환되고, 포름알데히드 존재하에, 프로피온산은 본 발명의 촉매를 사용하여 그에 대응되는 고급 유사체(C4) 카르복실산, 메타크릴산으로 전환된다. As used herein, the terms "higher analogue unsaturated carboxylic acids" and "esters of higher analogue unsaturated carboxylic acids" refer to products having at least one added carbon atom in the final product as compared to the alkane or alkene reactants. In the examples given above, propane (C 3 alkane) is converted to propionic acid (C 3 saturated carboxylic acid), and in the presence of formaldehyde, propionic acid is corresponding higher analog (C 4 ) carboxyl using the catalyst of the present invention. Converted to acid, methacrylic acid.

본 발명에 사용된 적당한 알켄은 직쇄 또는 분지쇄의 알켄을 포함한다. 적당한 알켄의 예에는 C3-C25알켄, 바람직하게는 프로펜(프로필렌), 1-부텐(부틸렌), 2-메틸프로펜(이소부틸렌), 1-펜텐 및 1-헥센과 같은 C3-C8알켄이다.Suitable alkenes used in the present invention include straight or branched chain alkenes. Examples of suitable alkenes include C 3 -C 25 alkenes, preferably C such as propene (propylene), 1-butene (butylene), 2-methylpropene (isobutylene), 1-pentene and 1-hexene 3 -C 8 alkene.

본 발명에서 사용된 적당한 알데히드는 예를 들어, 포름알데히드, 에탄알, 프로판알 및 부탄알을 포함한다.Suitable aldehydes used in the present invention include, for example, formaldehyde, ethanal, propanal and butanal.

본 발명의 증기 크래킹 촉매 시스템은 알칸을 그에 대응하는 알켄으로 전환한다. 산화 촉매 시스템은 대응 알켄을 직쇄 또는 분지쇄인 불포화 및 포화 카르복실산을 포함하는 추가의 대응 산소화물로 전환한다. 다단계 촉매 시스템은 대응 알칸을 대응 알켄으로 촉매 전환시키고, 이로 제한되는 것은 아니지만 직쇄 또는 분지쇄인 불포화 및 포화 카르복실산을 포함하는 추가의 대응 산소화물로 촉매 전환시킨다. 예를 들어, 프로피온산, 부타노산, 이소부티르산, 펜타노산 및 헥사노산과 같은 C3-C8 포화 카르복실산을 포함한다. 하나의 구체예에서, 본 발명의 촉매 시스템을 사용한 대응 알칸으로부터 생성된 포화 카르복실산은 방법 중의 화학적 중간체로서 자발적으로 생성되고, 불포화 카르복실산, 불포화 카르복실산의 에스테르, 및 불포화 카르복실산의 고급 에스테르를 포함하는 산소화된 생성물로 선택적 부분적 산화되기 전에 분리되지 않는다. 본 발명의 다른 구체예에서, 생성된 포화된 카르복실산은 본 발명의 촉매를 사용하여 에틸렌계 불포화 카르복실산, 그의 에스테르, 고급 유사체 불포화 카르복실산 또는 그의 에스테르를 포함한 그의 대응 생성물 증기로 전환된다.The steam cracking catalyst system of the present invention converts alkanes to their corresponding alkenes. The oxidation catalyst system converts the corresponding alkenes into additional corresponding oxygenates comprising unsaturated and saturated carboxylic acids which are straight or branched chains. The multistage catalyst system catalyzes the conversion of the corresponding alkanes to the corresponding alkenes, further including but not limited to further corresponding oxygenates including unsaturated and saturated carboxylic acids which are straight or branched chains. For example, C 3 -C 8 saturated carboxylic acids such as propionic acid, butanoic acid, isobutyric acid, pentanoic acid and hexanoic acid. In one embodiment, the saturated carboxylic acids produced from the corresponding alkanes using the catalyst system of the present invention spontaneously produced as chemical intermediates in the process, and include unsaturated carboxylic acids, esters of unsaturated carboxylic acids, and unsaturated carboxylic acids. Oxygenated products, including higher esters, are not separated before selective partial oxidation. In another embodiment of the present invention, the resulting saturated carboxylic acid is converted to its corresponding product vapor including ethylenically unsaturated carboxylic acid, esters thereof, higher analog unsaturated carboxylic acids or esters thereof using the catalyst of the present invention. .

하나의 구체예에서, 특정 산화 촉매 시스템은 알켄을 그의 대응되는 산소화된 생성물로 점층적 전환시키고, 본 발명의 다단계 촉매 시스템은 알칸을 그에 대응되는 직쇄 또는 분지쇄인 에틸렌계 불포화 카르복실산 및 고급 유사체로 점층적 전환시킨다. 예를 들어, 아크릴산, 메타크릴산, 부텐노산, 펜텐노산, 헥센노산, 말레산 및 크로톤산과 같은 C3-C8 에틸렌계 불포화 카르복실산을 포함한다. 고급 유사체 에틸렌계 불포화 카르복실산은 대응되는 알칸 및 알데히드로부터 제조된다. 예를 들어, 메타크릴산은 프로판 및 포름알데히드로부터 제조된다. 다른 구체예에서, 그 각각의 알칸으로부터 에틸렌계 불포화 카르복실산을 제조할 때, 대응 산 무수물이 또한 생성된다. 본 발명의 촉매는 프로판을 아크릴산 및 그의 고급 불포화 카르복실산, 메타크릴산으로 전환 및 이소부탄을 메타크릴산으로 전환 적용에 유용하다. In one embodiment, a particular oxidation catalyst system gradually converts alkenes to their corresponding oxygenated products, and the multistage catalyst system of the present invention converts alkanes to their corresponding straight or branched chains of ethylenically unsaturated carboxylic acids and higher Incremental conversion to analogues. For example, C 3 -C 8 ethylenically unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, butenoic acid, pentenonoic acid, hexenonoic acid, maleic acid and crotonic acid. The higher analog ethylenically unsaturated carboxylic acids are prepared from the corresponding alkanes and aldehydes. For example, methacrylic acid is prepared from propane and formaldehyde. In another embodiment, when preparing ethylenically unsaturated carboxylic acids from their respective alkanes, corresponding acid anhydrides are also produced. The catalysts of the present invention are useful for the conversion of propane to acrylic acid and its higher unsaturated carboxylic acids, methacrylic acid and the conversion of isobutane to methacrylic acid.

하나의 구체예에서, 본 발명의 특정 산화 촉매 시스템은 알켄을 그에 대응하는 불포화 카르복실산의 에스테르 및 고급 유사체로 전환에 사용되며, 본발명의 다단계 촉매 시스템은 또한 알켄을 그에 대응하는 불포화된 카르복실산의 에스테르 및 고급 유사체로 점층적 전환에 이용될 수 있다. 구체적으로, 이 에스테르는 부 틸 알콜 및 프로판으로부터 부틸 아크릴레이트, 에틸렌 그리콜 및 프로판으로부터 β-히드록시에틸 아크릴레이트, 메탄올 및 이소부탄으로부터 메틸 메타크릴레이트, 부틸 알콜 및 이소부탄으로부터 부틸 메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜 및 이소부탄으로부터 β-히드록시에틸 메타크릴레이트, 및 프로판, 포름알데히드 및 메탄올로부터 메틸 메타크릴레이트를 포함하나 이로 제한되는 것은 아니다. In one embodiment, certain oxidation catalyst systems of the present invention are used to convert alkenes to esters and higher analogs of the corresponding unsaturated carboxylic acids, and the multistage catalyst systems of the present invention also provide alkene to the corresponding unsaturated carbohydrates. Esters and higher analogs of acids can be used for gradual conversion. Specifically, these esters are butyl acrylate from butyl alcohol and propane, β-hydroxyethyl acrylate from ethylene glycol and propane, methyl methacrylate from methanol and isobutane, butyl methacrylate from butyl alcohol and isobutane , Β-hydroxyethyl methacrylate from ethylene glycol and isobutane, and methyl methacrylate from propane, formaldehyde and methanol.

이들 에스테르에 추가하여, 다른 에스테르는 본 반응에 걸쳐 반응기에 도입된 여러 종류의 알콜 및/또는 반응기에 도입된 알칸, 알켄 및 대응되는 산소화물에 의해 형성된다.In addition to these esters, other esters are formed by various kinds of alcohols introduced into the reactor throughout the present reaction and / or alkanes, alkenes and corresponding oxygenates introduced into the reactor.

적당한 알콜에는 모노히드릭 알콜, 디히드릭 알콜 및 폴리히드릭 알콜을 포함한다. 모노히드릭 알콜의 참고적 예로 C1-C20 알콜, 바람직하게는 C1-C6 알콜, 가장바람직하게는 C1-C4 알콜이 제조될 수 있으나 이로 제한되는 것은 아니다. 모노히드릭 알콜은 방향성, 지방족 또는 지방족 고리화합물; 직쇄 또는 분지쇄; 포화 또는 불포화; 및 1차, 2차 또는 3차 알콜일 수 있다. 구체적으로 바람직한 모노히드릭 알콜은 메틸알콜, 에틸알콜, 프로필알콜, 이소프로필 알콜, 부틸알콜, 이소부틸알콜 및 t-부틸알콜을 포함한다. 디히드릭 알콜의 참고적 예에는 C2-C6디올, 바람직하게는 C2-C4디올이 제조될 수 있으나 이로 제한되는 것은 아니다. 디히드릭 알콜은 지방족 또는 지방족 고리화합물일 수 있으며; 직쇄 또는 분지쇄; 및 1차, 2차 또는 3차의 알콜일 수 있다. 구체적으로 바람직한 디히드록시 알콜은 에틸렌 그리콜(1,2-에탄디올), 프로필렌 글리콜(1,2-프로판디올), 트리메틸렌 글리콜(1,3- 프로판디올), 1,2-부탄디올 및 2,3-부탄디올을 포함한다. 폴리히드릭 알콜의 참고예로 그리세롤(1,2,3-프로판트리올)을 유일하게 제조할 수 있다.Suitable alcohols include monohydric alcohols, dihydric alcohols and polyhydric alcohols. As a reference example of the monohydric alcohol, C 1 -C 20 alcohols, preferably C 1 -C 6 alcohols, most preferably C 1 -C 4 alcohols can be prepared but are not limited thereto. Monohydric alcohols include aromatic, aliphatic or aliphatic cyclic compounds; Straight or branched chain; Saturated or unsaturated; And primary, secondary or tertiary alcohols. Specifically preferred monohydric alcohols include methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, isopropyl alcohol, butyl alcohol, isobutyl alcohol and t-butyl alcohol. As a reference example of the dihydric alcohol, C 2 -C 6 diols, preferably C 2 -C 4 diols, may be prepared but are not limited thereto. Dihydric alcohols may be aliphatic or aliphatic cyclic compounds; Straight or branched chain; And primary, secondary or tertiary alcohols. Particularly preferred dihydroxy alcohols are ethylene glycol (1,2-ethanediol), propylene glycol (1,2-propanediol), trimethylene glycol (1,3- propanediol), 1,2-butanediol and 2 , 3-butanediol. As a reference example of the polyhydric alcohol, gglycerol (1,2,3-propanetriol) can be prepared solely.

첨가된 알켄에 대응하는 불포화 카르복실산은 출발 알칸과 같은 탄소수를 가지고, 알켄과 같은 탄소쇄 구조를 가진 α,β-불포화 카르복실산이며, 예를 들어, 아크릴산은 프로판에 대응되는 불포화 카르복실산이며, 메타클릴산은 이소부텐에 대응되는 불포화 카르복실산이다.The unsaturated carboxylic acid corresponding to the added alkenes is an α, β-unsaturated carboxylic acid having the same carbon number as the starting alkanes and having the same carbon chain structure as the alkene, for example acrylic acid is an unsaturated carboxylic acid corresponding to propane. Methacrylic acid is an unsaturated carboxylic acid corresponding to isobutene.

유사하게, 알켄에 대응하는 불포화된 카르복실산은 알켄과 같은 수의 탄소원자를 가지는 α,β-불포화 카르복실산이며 알켄과 같은 탄소 쇄를 가지며, 예를 들어, 알크릴산은 프로펜에 대응되는 불포화 카르복실산이고 메타크릴산은 이소부텐에 대응되는 불포화 카르복실산이다.
마찬가지로, 불포화 알데히드에 대응하는 불포화 카르복실산은 불포화 알데히드와 같은 탄소수를 가지고, 불포화된 알데히드와 같은 탄소쇄 구조를 갖는 α,β-불포화 카르복실산이며, 예를 들어, 아크릴산은 아크로레인에 대응되는 불포화 카르복실산이며, 메타클릴산은 메타크로레인에 대응되는 불포화카르복실산이다.
Similarly, unsaturated carboxylic acids corresponding to alkenes are α, β-unsaturated carboxylic acids having the same number of carbon atoms as alkenes and carbon chains such as alkenes, for example, acrylic acid is unsaturated corresponding to propene. Carboxylic acid and methacrylic acid are unsaturated carboxylic acids corresponding to isobutene.
Similarly, unsaturated carboxylic acids corresponding to unsaturated aldehydes are α, β-unsaturated carboxylic acids having the same carbon number as unsaturated aldehydes and having the same carbon chain structure as unsaturated aldehydes, for example acrylic acid corresponding to acrolein. It is an unsaturated carboxylic acid, and methacrylic acid is an unsaturated carboxylic acid corresponding to methacrolein.

추가된 알칸에 대응하는 알켄은 출발 알칸과 동일한 탄소수를 가지고, 출발 알칸과 동일한 탄소쇄 구조를 가지는 알켄이며, 예를 들어, 프로펜은 프로판에 대응하는알켄이고, 이소부텐은 이소부탄에 대응되는 알켄이다(4개 이상 탄소수를 가지는 알켄의 경우, 이중결합은 알켄의 탄소-탄소 쇄의 2번 위치에 있다)Alkenes corresponding to the added alkanes are alkenes having the same carbon number as the starting alkanes and having the same carbon chain structure as the starting alkanes, for example, propene is the alkenes corresponding to propane and isobutene corresponds to isobutane Alkenes (for alkenes having 4 or more carbon atoms, the double bond is at position 2 of the carbon-carbon chain of the alkene)

첨가된 알칸에 대응되는 불포화 알데히드는 출발 알칸과 같은 탄소 원자수를 갖고, 출발 알칸과 동일한 탄소쇄 구조를 가지는 α,β-불포화 알데히드이며; 예를 들어, 아크로레인은 프로판에 대응되는 불포화 알데히드이고, 메타크로레인은 이소부탄에 대응되는 불포화 알데히드이다. Unsaturated aldehydes corresponding to the added alkanes are α, β-unsaturated aldehydes having the same carbon atom number as the starting alkanes and having the same carbon chain structure as the starting alkanes; For example, acrolein is unsaturated aldehyde corresponding to propane and methacrolein is unsaturated aldehyde corresponding to isobutane.

유사하게, 첨가된 알켄에 대응되는 불포화 알데히드는 출발 알켄과 같은 탄소 원자수를 갖고, 출발 알켄과 동일한 탄소쇄 구조를 가지는 α,β-불포화 알데히 드이며; 예를 들어, 아크로레인은 프로펜에 대응되는 불포화 알데히드이고, 메타크로레인은 이소부텐에 대응되는 불포화 알데히드이다. Similarly, unsaturated aldehydes corresponding to added alkenes are α, β-unsaturated aldehydes having the same carbon atom number as the starting alkenes and having the same carbon chain structure as the starting alkenes; For example, acrolein is the unsaturated aldehyde corresponding to propene and methacrolein is the unsaturated aldehyde corresponding to isobutene.

본 발명의 촉매로 사용된 금속과 관련하여, 주기율 표에 근거한 다음의 정의를 적용한다:With regard to the metals used as catalysts of the invention, the following definitions based on the periodic table apply:

그룹 1은 Li, Na, K, Rb 및 Cs를 포함한다.Group 1 includes Li, Na, K, Rb and Cs.

그룹 2는 Mg, Ca, Sr 및 Ba를 포함한다.Group 2 includes Mg, Ca, Sr and Ba.

그룹 3은 B, Al, Ga, In 및 Tl를 포함한다.Group 3 includes B, Al, Ga, In and Tl.

란탄 계열 금속은 Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu 및 악티니드 계열(actinide series)의 안정한 모든 원소. Lanthanide series metals are all stable elements of Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu and actinide series.

그룹 4A는 C, Si, Ge, Sn 및 Pb를 포함한다.Group 4A includes C, Si, Ge, Sn and Pb.

그룹 4B는 Ti, Zr, 및 Hf를 포함한다.Group 4B includes Ti, Zr, and Hf.

그룹 5A는 N, P, As, Sb 및 Bi를 포함한다.Group 5A includes N, P, As, Sb and Bi.

그룹 5B는 V, Nb 및 Ta를 포함한다.Group 5B includes V, Nb and Ta.

그룹 6B는 Cr, Mo 및 W를 포함한다.Group 6B includes Cr, Mo and W.

그룹 7B는 Mn, Tc 및 Re를 포함한다.Group 7B includes Mn, Tc and Re.

그룹 8은 Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd 및 Pt를 포함한다.Group 8 includes Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd and Pt.

따라서, 본 발명은 알칸을 증기 크래킹 조건하에서 그에 대응되는 알켄으로 전환하고 알켄을 짧은 접촉 시간으로 대응되는 산소화물로 전환시키는 지지된 촉매 시스템을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a supported catalyst system for converting alkanes to their corresponding alkenes under vapor cracking conditions and converting alkenes to corresponding oxygenates with short contact times.

지지체 구조는 3차원이며, 즉, 지지체는 데카르트 좌표계의 x, y 및 z 직교축에 따른 차원이고, 단위 부피당 상대적으로 고표면적을 제공한다. 비록 하나의 구체예에서 더 적은 및 더 많은 양이 가능하지만, 지지체 구조는 0.01 내지 50m2/g 의 표면 면적을 나타내고, 바람직하게는 0.1 내지 10 m2/g 이다. The support structure is three-dimensional, that is, the support is dimensioned along the x, y and z orthogonal axes of the Cartesian coordinate system and provides a relatively high surface area per unit volume. Although smaller and larger amounts are possible in one embodiment, the support structure exhibits a surface area of 0.01 to 50 m 2 / g, preferably 0.1 to 10 m 2 / g.

바람직하게, 지지체 구조는 다공성 구조를 가지고, 1 내지 95% 의 공극 부피 퍼센트를 나타내며, 바람직하게는 5 내지 80%, 더 바람직하게는 10 내지 50 %이다. 그래서, 지지체 구조는 약한 압력 드롭(drop)을 가진 상대적으로 높은 피드 속도를 허용한다. Preferably, the support structure has a porous structure and exhibits a void volume percentage of 1 to 95%, preferably 5 to 80%, more preferably 10 to 50%. Thus, the support structure allows a relatively high feed rate with a weak pressure drop.

게다가, 지지체 구조는 촉매 무게 하에서 분열되지 않기 위해, 촉매 및 지지체 구조의 혼합 무게의 거의 100% 까지의 범주까지도 분열되지 않기 위해 충분히 강하다. 더 바람직하게, 지지체 구조는 혼합무게의 적어도 60%이다. 더 바람직하게는 혼합무게의 70 내지 99.99%이다. 심지어 더 바람직하게, 지지체 구조는 혼합무게의 90 내지 99.9%이다.In addition, the support structure is strong enough not to break up under the catalyst weight, so that up to almost 100% of the mixed weight of the catalyst and support structure does not break up. More preferably, the support structure is at least 60% of the mixing weight. More preferably 70 to 99.99% of the mixed weight. Even more preferably, the support structure is 90 to 99.9% of the mixed weight.

지지체 구조의 정확한 물리적 형태는 상기에서 언급한 일반적 기준에 충족하는 한 특별히 중요하지 않다. 적당한 물리적 형태의 예에는 폼, 벌집모양, 격자, 메쉬(mesh), 단일암체(monolith), 짜여진 직물(woven fiber), 짜여 지지 않은 직물, 거즈, 구멍난 물질(예를 들어, 호일), 입자 컴팩트, 섬유성 매트 및 이들의 혼합물을 포함한다. 지지체에서, 전형적으로 하나 이상의 개방된 셀이 구조에 포함되어 있어야한다. 셀 크기는 원하는 것에 따라, 셀 밀도, 셀 표면적, 개방 앞 면적 및 다른 대응되는 차원에 따라 다양화될 수 있다. 예를 들어, 하나의 그런 구조는 적어도 75%의 개방 앞 면적을 가진다. 셀의 모양은 다양할 수 있고, 다각형 모양, 원, 타원 등을 포함할 수 있다.The exact physical form of the support structure is not particularly important as long as it meets the general criteria mentioned above. Examples of suitable physical forms include foams, honeycombs, grids, meshes, monoliths, woven fibers, woven fabrics, gauze, perforated materials (eg foils), particles Compact, fibrous mats and mixtures thereof. In the support, typically at least one open cell should be included in the structure. Cell size can be varied as desired, depending on cell density, cell surface area, open front area, and other corresponding dimensions. For example, one such structure has an open front area of at least 75%. The shape of the cell may vary and may include polygonal shapes, circles, ellipses, and the like.

지지체 구조는 촉매 반응의 반응 환경에 비활성이 물질로 제조되어 질 수 있다. 적당한 물질은 세라믹 및 실리카, 알루미나(α-,β- 및 γ- 등정형을 포함하는)와 같은 그들의 등정형, 실리카-알루미나, 알루미노실리케이트, 지르코니아, 티타니아, 보리아(boria), 물리트(mullite), 리튬 알루니늄 실리케이트, 옥시드-결합된 실리콘 카르비드, 금속 합금 모놀리트, 프릭커 유형(Fricker type) 금속 합금, FeCrAl 합금 및 이들의 혼합물을 포함한다.(다르게, 촉매는 지지체 구조 그 자체로 정의되는 것으로, 예를 들어 "그린(green)" 컴팩팅(압축) 또는 다른 적당한 기술에 의해 제조될 수 있다.)The support structure can be made of a material that is inert to the reaction environment of the catalytic reaction. Suitable materials include ceramics and their isoforms such as silica, alumina (including α-, β- and γ- isoforms), silica-alumina, aluminosilicates, zirconia, titania, boria, and phylt ( mullite), lithium aluminium silicate, oxide-bonded silicon carbide, metal alloy monolith, Fricker type metal alloy, FeCrAl alloy, and mixtures thereof. Defined as such, it can be produced, for example, by "green" compacting (compression) or other suitable technique.)

촉매는 적절한 당업계에 공지된 기술을 사용하여 지지체 구조에 적용될 수 있다. 예를 들어, 촉매는 기체 용착(deposite)(예를 들어, 스퍼털링(sputtering), 플라즈마 용착 또는 기체 용착의 다른 형태)될 수 있다. 촉매는 그위에 함침되거나 코팅될 수 있다(예를 들어, 지지체를 촉매의 용액, 슬러리, 서스펜션 또는 분산으로 코팅함에 의해). 지지체는 촉매 파우더로 코팅될 수 있다(즉, 파우더 코팅).(다르게, 지지체 구조는 그것 자체로 촉매인 촉매의 "그린 " 바디(body)가 바람직한 구조를 생산하기 위해 압축될 수 있다.)The catalyst can be applied to the support structure using techniques known in the art. For example, the catalyst may be gas deposited (eg, sputtering, plasma welding or other forms of gas deposition). The catalyst can be impregnated or coated thereon (eg, by coating the support with a solution, slurry, suspension or dispersion of the catalyst). The support may be coated with catalyst powder (ie, powder coating). (Alternatively, the support structure may be compressed to produce a desired structure in which the "green" body of the catalyst, which is itself a catalyst.)

본 발명의 다단계 촉매 시스템은 알칸을 그에 대응하는 알켄 및 산소화물로 점층적 전환시킨다. 이 증기 크래킹 촉매는 적어도 하나의 크래킹 촉매를 포함한다. 짧은 접촉 시간하에 산화촉매는 3개의 성분으로 구성된다:(a) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, 그의 합금 및 그의 혼합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속; 및 (b) 금속 Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, 그룹 1-3 금속, 란탄계열 금속 및 그의 혼합물을 포함한 금속 산화물의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 개질제를 포함하고, 이와 혼합되거나 혼합되지 않는 (c) 금속 Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, 그들의 2 성분의 혼합물, 3성분의 혼합물 및 그들의 4 성분 이상의 혼합물을 포함한 적어도 하나의 금속 산화물을 포함하며; 그 촉매는 금속 산화물 지지체에 함침되어있다.The multistage catalyst system of the present invention gradually converts alkanes to their corresponding alkenes and oxygenates. This vapor cracking catalyst comprises at least one cracking catalyst. Under a short contact time, the oxidation catalyst consists of three components: (a) at least one metal selected from the group consisting of Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, alloys thereof and mixtures thereof; And (b) at least one modifier selected from the group of metal oxides, including metals Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, group 1-3 metals, lanthanide metals and mixtures thereof. (C) at least one metal oxide comprising metals Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, mixtures of two components thereof, mixtures of three components and mixtures of four or more thereof It includes; The catalyst is impregnated into the metal oxide support.

촉매 성분(a)는 알칸을 산화적으로 탈수소화하여 그에 대응하는 알켄을 형성시키데 유용한 조촉매(promoter)이다. 촉매는 고표면적이 있는 합금(마이크론 내지 나노미터)을 포함하는 정교하게 분산된 금속 입자의 형태로 지지체에 존재한다. 다르게, 촉매는 나노미터 크기의 와이어(wire)를 포함하는 정교한 거즈의 형태위에 있다. 촉매는 금속 스퍼털링, 화학적 기체 용착, 금속 산화물의 화학적 및/또는 전자화학적 환원으로부터 선택된 기술을 사용하여 지지체 위에 함침되어 있다. 조촉매 및 그의 합금의 혼합이 유용하게 쓰일 수 있다. 촉매 시스템 구성성분은 금속 산화물 및 조촉매와 혼합하여 사용된 금속 산화물을 포함한다.Catalyst component (a) is a promoter useful for oxidatively dehydrogenating alkanes to form corresponding alkenes. The catalyst is present in the support in the form of finely dispersed metal particles comprising high surface area alloys (microns to nanometers). Alternatively, the catalyst is on the form of sophisticated gauze that includes nanometer-sized wire. The catalyst is impregnated onto the support using a technique selected from metal sputtering, chemical gas deposition, chemical and / or electrochemical reduction of metal oxides. Mixtures of promoters and their alloys may be useful. Catalyst system components include metal oxides used in admixture with metal oxides and promoters.

촉매 성분(b)는 알칸을 부분적으로 산화하여 그에 대응하는 포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산을 형성하는데 유용한 개질제(modifier)이다. 금속 산화물 촉매는 2 성분의, 3 성분의 또는 4 성분 이상으로 혼합된 금속 산화물의 형태이다. 환원가능한 금속 산화물은 Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, 그룹 1-3 금속, Sc, Y, La, Zr, Ta, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu 및 그의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 금속 산화물일 수 있다. 개질제는 촉매 조성물(초촉매 + 환원 가능한 금속 산화물)의 0.0001 내지 10 중량%의 양으로 존재하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게 촉매 조성물의 0.001 내지 5 중량%, 더욱 바람직 하게는 촉매 조성물의 0.01 내지 2 중량%으로 존재한다.Catalyst component (b) is a modifier useful for partially oxidizing alkanes to form the corresponding saturated and unsaturated carboxylic acids. The metal oxide catalyst is in the form of a metal oxide mixed in two components, three components or four components or more. Reducible metal oxides are Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, Group 1-3 metals, Sc, Y, La, Zr, Ta, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy , Ho, Er, Tm, Yb, Lu, and mixtures thereof. The modifier is preferably present in an amount of 0.0001 to 10% by weight of the catalyst composition (supercatalyst + reducible metal oxide), more preferably 0.001 to 5% by weight of the catalyst composition, more preferably 0.01 to 2 of the catalyst composition Present in weight percent.

촉매 성분 (c)는 주로 알칸을 부분적으로 산화하여 그에 대응하는 알켄, 포화 카르복실산 및 불포화 카르복실산을 형성시키는데 유용하다. 금속 산화물 촉매는 2성분, 3성분 또는 4성분 이상의 혼합 금속 산화물의 형태이다. 환원가능한 금속 산화물은 Cu, Cd, Co, Cr, Fe, V, Mn, Ni, Nb, Mo, W, Re, Ga, Ge, In, Sn, Sb, Tl, Pb, Bi, Te, As, Se, V, Zn, Y, Zr, Ta 및 그의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 금속의 산화물일 수 있다. 바람직하게, 환원가능한 금속 산화물은 금속 Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ta, V 및 그들의 조합 및 그의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 조촉매는 Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd 및 Pt, 바람직하게는 Pt, Pd, Rh, Ir, Ru 및 그의 혼합물로부터 구성된 그룹으로부터 선택된다. 조촉매는 촉매 조성물(조촉매 + 환원 가능한 금속 산화물)의 0.0001 내지 10 중량%의 양으로 존재하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게 촉매 조성물의 0.001 내지 5 중량%, 더욱 바람직하게는 촉매 조성물의 0.01 내지 2 중량%으로 존재한다. 촉매는 고표면적이 있는 정교하게 분산된 금속 산화 입자(마이크론 내지 나노미터)의 형태로 지지체에 존재한다. 촉매 시스템 성분은 금속 산화물 및 금속 산화물 지지체에 접촉한 조촉매와 혼합하여 사용된 금속 산화물로 구성된다.The catalyst component (c) is mainly useful for partially oxidizing alkanes to form corresponding alkenes, saturated carboxylic acids and unsaturated carboxylic acids. The metal oxide catalyst is in the form of a two-, three- or four-component mixed metal oxide. Reducible metal oxides are Cu, Cd, Co, Cr, Fe, V, Mn, Ni, Nb, Mo, W, Re, Ga, Ge, In, Sn, Sb, Tl, Pb, Bi, Te, As, Se , An oxide of a metal selected from the group consisting of V, Zn, Y, Zr, Ta and mixtures thereof. Preferably, the reducible metal oxide is selected from the group consisting of metals Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ta, V and combinations thereof and mixtures thereof. The promoter is selected from the group consisting of Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd and Pt, preferably Pt, Pd, Rh, Ir, Ru and mixtures thereof. The cocatalyst is preferably present in an amount of 0.0001 to 10% by weight of the catalyst composition (cocatalyst + reducible metal oxide), more preferably 0.001 to 5% by weight of the catalyst composition, more preferably 0.01 to 5% of the catalyst composition. Present at 2% by weight. The catalyst is present in the support in the form of finely dispersed metal oxide particles (microns to nanometers) having a high surface area. The catalyst system component consists of the metal oxide and the metal oxide used in admixture with the promoter in contact with the metal oxide support.

하나의 구체예에서, 촉매 시스템은 촉매(a) 및(b)로 구성된다. 다른 구체예에서, 촉매시스템은 촉매(a), (b) 및 (c)의 혼합을 포함한다. 촉매는 전형적으로 3차원 구조인 금속 산화물 지지체와 접촉하고 있으며, 바람직하게는 함침되어 있다.In one embodiment, the catalyst system consists of catalysts (a) and (b). In another embodiment, the catalyst system comprises a mixture of catalysts (a), (b) and (c). The catalyst is in contact with a metal oxide support, which is typically a three-dimensional structure, and is preferably impregnated.

이상에서 언급된 것처럼 본 발명의 여러 혼합된 금속 산화물은 다음과 같은 방법에 의해 제조될 수 있다.As mentioned above, the various mixed metal oxides of the present invention can be prepared by the following method.

제 1 단계에서, 슬러리 또는 용액은 금속 성분, 바람직하게는 적어도 하나의 산소를 포함하는 금속 성분 및 적어도 하나의 용매를 슬러리 또는 용액을 형성하기위한 적당한 양으로 혼합함에 의해 형성될 수 있다. 촉매 제조의 이 단계에서 용액을 형성하는 것이 바람직하다. 일반적으로 금속 화합물은 이전에 정의된 것처럼 특정 촉매에 요구되는 성분을 포함한다.In the first step, the slurry or solution may be formed by mixing the metal component, preferably the metal component comprising at least one oxygen and the at least one solvent in an appropriate amount to form the slurry or solution. It is preferable to form a solution at this stage of catalyst preparation. In general, metal compounds include the components required for the particular catalyst as previously defined.

적당한 용매는 물, 알콜(메탄올, 에탄올, 프로판올, 및 디올등과 같은 것을 포함하나 이로 제한되지는 않는다) 및 당업계에 알려진 다른 극성 유기용매를 포함한다. 일반적으로, 물이 바람직하다. 물은 이로 제한되는 것은 아니지만, 증류수 및 탈이온수를 포함하는 화학적 합성에 사용되는 적당한 어떤 물이라도 가능하다. 존재하는 물의 양은 실질적인 용액 안의 성분이 제조 단계 동안 조성물 및/또는 상 분리를 피하거나 최소화가 충분히 긴 시간 동안 유지되는데 충분한 양이 바람직하다. 따라서, 물의 양은 혼합된 물질의 용해도 및 양에 따라 다양해진다. 그러나 상기에서 언급했듯이, 물의 양은 혼합시에 수용액이 형성된 것을 확인하기에 충분한것이 바람직하다. Suitable solvents include water, alcohols (including but not limited to methanol, ethanol, propanol, diols, and the like) and other polar organic solvents known in the art. In general, water is preferred. Water may be any suitable water used for chemical synthesis, including but not limited to distilled and deionized water. The amount of water present is preferably an amount sufficient to allow the components in the substantial solution to remain for a time long enough to avoid or minimize phase separation of the composition and / or phase during the preparation step. Thus, the amount of water varies depending on the solubility and amount of the mixed material. However, as mentioned above, the amount of water is preferably sufficient to confirm that an aqueous solution is formed upon mixing.

예를 들어, 구조식 MoaVbTecNbdOe 혼합된 금속 산화물이 제조될 때, 텔루르산의 수용액, 니오비늄 옥살레이트의 수용액 및 암모늄 파라몰리브데이트의 용액 또는 슬러리가 미리 결정된 양의 암모늄 메타바나데이트를 포함하는 수용액에 차례로 첨가되며, 각각 금속 성분의 원자 비율은 미리 정해진 비율로 존재한다. For example, the structure of Mo a V b Te c Nb d O e When mixed metal oxides are prepared, an aqueous solution of telluric acid, an aqueous solution of niobium oxalate and a solution or slurry of ammonium paramolybdate are added in turn to an aqueous solution comprising a predetermined amount of ammonium metavanadate, each The atomic ratio of the metal component is present at a predetermined ratio.

수용성 슬러리 또는 용액(바람직하게는 용액)이 일단 형성되면, 당업계에 알려진 촉매 전구체를 형성하는 어떤 적당한 방법에 의해 제거된다. 그런 방법에는 진공 건조, 동결 건조, 스프레이 건조, 회전 증발법(rotary evaporation) 및 공기 건조를 포함하나, 이로 제한되는 것은 아니다. 진공 건조는 일반적으로 10mmHg 내지 500mmHg의 범위 압력에서 수행된다. 동결 건조는 예를 들어 액체 질소와 같은 것을 사용하여 슬러리 또는 용액을 동결시키는 것 및 진공하에 동결된 슬러리 또는 용액을 건조시키는 것을 전형적으로 수반한다. 스프레이 건조는 일반적으로 질소 또는 아르곤과 같은 비활성 건조하에서 주입온도는 125 내지 200℃이고 방출구 온도는 75 내지 150℃로 수행된다. 회전 증발법은 일반적으로 25 내지 90℃ 온도의 배스 및 10mmHg 내지 760mmHg의 압력에서 수행되며, 바람직하게는 40 내지 90℃의 배스 온도 및 10 mmHg 내지 350mmHg의 압력하에서, 더 바람직하게는 40 내지 60℃의 배스 온도 및 10 mmHg 내지 40mmHg의 압력하에서 수행된다. 공기 건조는 25 내지 90℃의 온도 범위에서 효과적일 수 있다. 회전 증발법 및 공기 건조가 일반적으로 사용된다.Once the aqueous slurry or solution (preferably solution) is formed, it is removed by any suitable method of forming catalyst precursors known in the art. Such methods include, but are not limited to, vacuum drying, freeze drying, spray drying, rotary evaporation, and air drying. Vacuum drying is generally carried out at pressures ranging from 10 mmHg to 500 mmHg. Freeze drying typically involves freezing the slurry or solution using, for example, liquid nitrogen, and drying the frozen slurry or solution under vacuum. Spray drying is generally performed under inert drying, such as nitrogen or argon, with an injection temperature of 125 to 200 ° C and an outlet temperature of 75 to 150 ° C. Rotary evaporation is generally carried out at a bath at a temperature of 25 to 90 ° C. and a pressure of 10 mmHg to 760 mmHg, preferably under a bath temperature of 40 to 90 ° C. and a pressure of 10 mmHg to 350 mmHg, more preferably 40 to 60 ° C. Bath temperature and a pressure of 10 mmHg to 40 mmHg. Air drying may be effective in a temperature range of 25 to 90 ° C. Rotary evaporation and air drying are commonly used.

일단 촉매 전구체가 수득되었다면, 촉매 전구체를 소성시킨다. 소성은 일반적으로 산화 기체 중에서 수행되나, 비산화 기체 중(예를 들어, 비활성 기체 또는 진공상태에서)에서도 소성이 수행될 수 있다. 비활성 기체는 실질적으로 비활성,즉 촉매 전구체와 상호작용 및 반응하지 않는 어떤 물질을 의미한다. 적당한 예에는 질소, 아르곤, 제논(xenon), 헬륨 또는 그의 혼합물을 포함하나 이로 제한되는 것은 아니다. 바람직하게 비활성 기체는 질소 또는 아르곤이다. 비활성 기체는 촉매 전구체 표면위를 흘러가나(flow) 그곳을 넘어서는 흐르지 않을 수 있다.(정적인 환경) 비활성 기체가 촉매 전구체의 표면 위를 지나갈 때, 그 흐름 속도는 넓은 범위, 예를 들어 1 내지 500hr-1의 공간속도 이상으로 다양한 값일 수 있다. Once the catalyst precursor has been obtained, the catalyst precursor is calcined. Firing is generally carried out in an oxidizing gas, but firing can also be carried out in a non-oxidizing gas (eg in an inert gas or in a vacuum). Inert gas means any material that is substantially inert, i.e., does not interact and react with the catalyst precursor. Suitable examples include, but are not limited to, nitrogen, argon, xenon, helium or mixtures thereof. Preferably the inert gas is nitrogen or argon. The inert gas may flow over the catalyst precursor surface but may not flow over it (static environment). When the inert gas passes over the surface of the catalyst precursor, the flow rate is in a wide range, for example from 1 to 1. It can be a variety of values above the space velocity of 500hr −1 .

소성은 주로 350 내지 1000℃온도에서 수행되며, 400 내지 900℃를 포함하고 500 내지 800℃를 포함한다. 소성은 앞에서 언급되었던 촉매를 형성하기에 알맞은 시간동안 수행된다. 전형적으로 소성은 바람직한 혼합된 금속 산화물을 수득하기 위해 0.5 내지 30 시간, 바람직하게는 1 내지 25시간, 더 바람직하게는 1 내지 15시간의 범위 내에서 수행된다. Firing is mainly carried out at a temperature of 350 to 1000 ° C, including 400 to 900 ° C and 500 to 800 ° C. Firing is carried out for a time suitable to form the catalyst mentioned above. Firing is typically carried out in the range of 0.5 to 30 hours, preferably 1 to 25 hours, more preferably 1 to 15 hours to obtain the desired mixed metal oxide.

수행의 한 방법에서, 촉매 전구체는 두 단계로 소성 된다. 제 1 단계에서, 촉매 전구체는 275 내지 325℃가 포함된 200 내지 400℃의 온도에서, 1 내지 3시간을 포함하는 15분 내지 8시간 동안 산화 기체하에서 소성된다. 제 2 단계에서, 제1 단계로부터 생성된 물질을 550 내지 800℃가 포함된 500 내지 900℃의 온도에서, 1 내지 3시간을 포함하는 15분 내지 8시간 동안 비산화 기체하에서 소성된다. In one method of performance, the catalyst precursor is calcined in two stages. In the first step, the catalyst precursor is calcined under oxidizing gas for 15 minutes to 8 hours, including 1 to 3 hours, at a temperature of 200 to 400 ° C, including 275 to 325 ° C. In a second step, the material produced from the first step is calcined under non-oxidizing gas for 15 minutes to 8 hours, including 1 to 3 hours, at a temperature of 500 to 900 ° C, including 550 to 800 ° C.

임의적으로, 환원기체(예를 들어, 암모니아 또는 수소)가 제 2 단계 소성 동 안 첨가된다.Optionally, a reducing gas (eg ammonia or hydrogen) is added during the second stage firing.

수행의 다른 방법에서, 제 1단계에서의 촉매 전구체는 실온에서 바람직한 산화 기체 중에 놓은 후 제 1 단계 소성 온도로 올리고 바람직한 제1 단계 소성시간 동안 그 온도를 유지한다. 기체를 그때 제 2 단계 소성 동안 비산화 기체로 대체하고 온도를 바람직한 제 2 단계 소성온도로 올리고 바람직한 제 2단계 소성 시간 동안 그 온도를 유지한다.In another method of performance, the catalyst precursor in the first stage is placed in the desired oxidizing gas at room temperature and then raised to the first stage firing temperature and maintained at that temperature for the desired first stage firing time. The gas is then replaced with non-oxidizing gas during the second stage firing and the temperature is raised to the desired second stage firing temperature and maintained at that temperature for the desired second stage firing time.

비록 어떤 유형의 가열 메카니즘(예를 들어, 용광로(furnace))이 소성과정 동안 이용될지라도, 고안된 기체 환경의 흐름 하에서 소성을 수행하는 것이 바람직하다. 그러므로, 고체 촉매 전구체 입자의 베드를 통과하는 바람직한 기체의 연속적인 흐름이 있는 베드 안에서 소성하는 것이 유용하다. Although any type of heating mechanism (eg, furnace) is used during the firing process, it is desirable to perform the firing under the flow of the designed gaseous environment. Therefore, it is useful to fire in a bed where there is a continuous flow of the desired gas through the bed of solid catalyst precursor particles.

소성으로, 혼합된 금속 산화 촉매가 각각의 원소의 화학량적인 또는 비화학량적인 양으로 형성된다. By firing, mixed metal oxidation catalysts are formed in stoichiometric or non stoichiometric amounts of each element.

본 발명은 알칸을 그에 대응하는 알켄 및 짧은 접촉 시간에서 산소화물로 전환하는, 다음 단계를 포함하는 혼합된 금속 산화물 촉매 및 금속 산화물을 제조하는 방법을 또한 제공한다:The present invention also provides a mixed metal oxide catalyst and a process for preparing a metal oxide comprising the following steps of converting alkanes to their corresponding alkenes and oxygenates in a short contact time:

Mo, Te, V, Ta 및 Nb 로 구성된 그룹으로부터 선택된 금속의 염을 가장 높은 용융점을 가지는 염의 용융점 이상의 온도에서 혼합하여 혼합된 용융염을 형성하고;  Salts of metals selected from the group consisting of Mo, Te, V, Ta and Nb are mixed at a temperature above the melting point of the salt having the highest melting point to form a mixed molten salt;

산소 존재하에, 염의 혼합물을 소성하여 혼합된 금속 산화 촉매를 제공하고,이때, 임의적으로 용매로서 금속 할라이드염 또는 금속 옥시할라이드염을 사용할 수 있다.In the presence of oxygen, the mixture of salts is calcined to provide a mixed metal oxidation catalyst, where a metal halide salt or metal oxyhalide salt may optionally be used as the solvent.

상기 혼합된 금속 산화물에 대한 출발물질은 상기에서 언급한 것으로 한정되는 것이 아니다. 물질은 예를 들어 옥시드, 니트레이트(nitrate), 할라이드 또는 옥시 할라이드, 알콕시드, 아세틸아세토네이트 및 유기 금속 화합물이 사용될 수 있으나 이로 제한되는 것은아니다. 예를 들어, 암모늄 헵타몰리브데이트(heptamolybdate)가 촉매로서 몰리브데늄의 소스로 사용될 수 있다. 그러나 MoO3, MoO2, MoCl5, MoOCl4, Mo(OC2H5)5, 몰리브데늄 아세틸아세토네이트, 포스포몰리브드산 및 실리코몰리브산과 같은 화합물이 또한 암모늄 헵타몰리브데이트 대신에 사용될 수 있다. 유사하게, 암모늄 메타바나데이트가 촉매로서 바나디늄의 소스로 사용될 수 있다. 그러나, V2O5, V2O3, VOCl3, VCl4, VO(OC2H5)3, 바나디늄 아세틸아세토네이트 및 바나딜 아세틸아세토네이트와 같은 화합물이 암모늄 메타바나데이트 대신 사용될 수 있다. 텔루리늄(tellurium) 소스로 테레르산, TeCl4, Te(OC2H5)5, Te(OCH(CH3)2)4 및 TeO2를 포함할 수 있다. 니오비늄 소스로는 암모늄 니오비늄 옥살레이트, Nb2O5, NbCl5, 니오브 산 또는 Nb(OC2H5)5 및 종래의 니오비늄 옥살레이트를 포함한다. Starting materials for the mixed metal oxides are not limited to those mentioned above. Materials may be used, for example, but not limited to, oxides, nitrates, halides or oxy halides, alkoxides, acetylacetonates and organometallic compounds. For example, ammonium heptamolybdate can be used as a source of molybdenum as a catalyst. However, compounds such as MoO 3 , MoO 2 , MoCl 5 , MoOCl 4 , Mo (OC 2 H 5 ) 5 , molybdenum acetylacetonate, phosphomolybdic acid and silicomolybic acid may also be used in place of ammonium heptamolybdate. Can be. Similarly, ammonium metavanadate may be used as a source of vanadium as a catalyst. However, compounds such as V 2 O 5 , V 2 O 3 , VOCl 3 , VCl 4 , VO (OC 2 H 5 ) 3 , vanadinium acetylacetonate and vanadil acetylacetonate can be used instead of ammonium metavanadate. . Tellurium sources may include tereric acid, TeCl 4 , Te (OC 2 H 5 ) 5 , Te (OCH (CH 3 ) 2 ) 4 and TeO 2 . Niobium sources include ammonium niobium oxalate, Nb 2 O 5 , NbCl 5 , niobic acid or Nb (OC 2 H 5 ) 5 and conventional niobin oxalate.

낮은 용융의 염 사용은 혼합된 금속 산화물 촉매를 제조하기 위한 새로운 접근을 가능하게 한다. 현재 수성 서스펜션 방법보다, 잘 녹지 않는 금속염의 더 잘 혼합하고, 금속비율을 더 잘 조절하며, 더 균일한 촉매 시스템이라는 이점을 갖는 다. 하나의 유일한 접근은 염 용액을 제조하기 위해 바람직한 MMO 금속의 저융점 할라이드를 사용하는 것이다. 이 접근의 변화를 이하에서 더 상세하게 설명한다.The use of low melting salts enables new approaches for producing mixed metal oxide catalysts. Current aqueous suspension methods have the advantage of better mixing of insoluble metal salts, better control of metal ratio, and a more homogeneous catalyst system. One unique approach is to use a low melting halide of the preferred MMO metal to prepare a salt solution. The change in this approach is described in more detail below.

바람직한 금속의 할라이드 염은 가장 높은 용융점을 갖는 염의 용융점 이상의 온도에서 혼합한다. 용융된 염의 안정하고, 균일한 용액을 형성하기 위해 용융된 염은 서로 혼합될 수 있어야 한다. The halide salts of the preferred metals are mixed at temperatures above the melting point of the salt with the highest melting point. The molten salts must be able to be mixed with each other to form a stable, uniform solution of the molten salt.

본 방법의 이점은 수성 슬러리 시스템에서 고유한 용해도 제한을 제거한다는 것이다. 용융염의 사용에 의해, 수성 매체에서 상대적으로 낮은 용해도를 가진 염, 팔라디늄, 바나디늄, 니오비늄과 같은 금속을 더 높은 레벨로 혼합할 수 있게 한다. 금속염 및 그것의 용융점의 예는 표4에 나타내었다. 이러한 염은 쉽게 이용할 수 있고, 상대적으로 저렴하며, 합리적으로 낮은 용융점을 가진다.The advantage of this method is that it removes the solubility limitations inherent in aqueous slurry systems. The use of molten salts makes it possible to mix metals such as salts, palladium, vanadium, niobium, which have relatively low solubility in aqueous media, at higher levels. Examples of metal salts and their melting points are shown in Table 4. Such salts are readily available, relatively inexpensive, and have a reasonably low melting point.

하나의 구체예에서, 특정 금속 옥시할라이드는 본 발명을 사용하여 금속 산화물을 제조하는데 있어 용매로 사용된다. 바나디늄 테트라클로라이드(VCl4) 및 바나딜 트리클로라이드(VOCl3)와 같은 바나디늄 할라이드는 그것의 극성도 및 낮은 끓는점(BP(VCl4)= 148℃, BP(VOCl3)= 127℃)때문에, 실온에서 액체이고 다른 금속의 클라이드 염에 대해 이상적 용매이다. 금속 할라이드는 바람직한 몰 비율로 이 용매 중에 하나 용해되고, 그때 과량의 바나디늄은 감압된 압력 및 비활성 대기하에서 증발을 통해 제거된다. 촉매 케이크(cake)는 O2/아르곤 하에서 소성되어 혼합된 금속 산화물(MMO=mixed metal oxide) 촉매 및 HCl을 생성할 수 있다. 추가적으로, 혼합된 금속 할라이드(MMH)는 MMO로 또한 전환될 수 있으며, 이하에서 좀더 자세하 게 설명한다.In one embodiment, certain metal oxyhalides are used as solvents in preparing metal oxides using the present invention. Vanadinium halides, such as vanadinium tetrachloride (VCl 4 ) and vanadil trichloride (VOCl 3 ), because of their polarity and low boiling point (BP (VCl 4 ) = 148 ° C., BP (VOCl 3 ) = 127 ° C.) It is a liquid at room temperature and is an ideal solvent for the clyde salts of other metals. The metal halide is dissolved in one of these solvents in the desired molar ratio, at which time excess vanadium is removed by evaporation under reduced pressure and inert atmosphere. The catalyst cake may be calcined under O 2 / argon to produce a mixed metal oxide (MMO) catalyst and HCl. In addition, mixed metal halides (MMH) can also be converted to MMO, as described in more detail below.

다른 구체예에서, 초기의 합성에서 산소를 도입하는 것이 유리하다. 이것은 용융염 용액 또는 VCl4/VOCl3 용액 중 어느 하나로 금속 산화물을 혼합함으로서 얻어 진다. 이 방법은 소성 동안에 제거되어야만 하는 염소의 양을 감소시키고, 최종 촉매의 바람직한 특성들 중 일부를 이미 가진 혼합된 옥시클로라이드 전구체를 생성한다. 하나의 제조에서, 니오비늄, 텔루르륨(tellurium), 및 몰리브데늄의 산화물을 VCl4/VOCl3에 용융시킨다. 그 결과 전구체는 이미 많은 산소를 포함하고 있다.In other embodiments, it is advantageous to introduce oxygen in the initial synthesis. This is obtained by mixing the metal oxide with either a molten salt solution or a VCl 4 / VOCl 3 solution. This method reduces the amount of chlorine that must be removed during firing and produces a mixed oxychloride precursor that already has some of the desired properties of the final catalyst. In one preparation, oxides of niobium, tellurium, and molybdenum are melted in VCl 4 / VOCl 3 . As a result, the precursor already contains a lot of oxygen.

다른 구체예에서, 혼합된 금속 할라이드(MMH)는 또한 MMO로 전환될 수 있다. 혼합된 금속 할라이드(MMH) 및 혼합된 금속 옥시할라이드(MMOH)를 혼합된 금속 산화물(MMO)로 전환시키는 3가지 방법을 기술한다:In other embodiments, the mixed metal halides (MMH) can also be converted to MMO. Three methods of converting mixed metal halides (MMH) and mixed metal oxyhalides (MMOH) to mixed metal oxides (MMO) are described:

(A) MMH는 상승된 온도(600℃)에서 습식의(1%) 아르곤 하에서 소성시킨다. 오프-기체(off-gas)는 생성물 HCl을 트랩(trap)하기 위해 부식제와 함께 제거된다. (A) MMH is calcined under wet (1%) argon at elevated temperature (600 ° C.). Off-gas is removed with caustic to trap product HCl.

(B) MMH 전구체는 아르곤 기체하에서 낮은 O2 농도와 함께 소성된다. 낮은 O2 농도가 반응에서 조절된다. 옥시클로라이드 기체를 부식제와 함께 제거한다.(B) The MMH precursor is calcined with low O 2 concentration under argon gas. Low O 2 concentration is controlled in the reaction. Oxychloride gas is removed with caustic.

(C) MMH 전구체는 온화한 조건하에서 금속 알콕시드로 화학적으로 전환되고, 그후 O2/아르곤하에서 소성되어 MMO 촉매를 생성한다. 알콕시드 중간체를 사용함에 의해, 최종 촉매의 결정구조로 변화될 수 있다. (C) The MMH precursor is chemically converted to a metal alkoxide under mild conditions and then calcined under O 2 / argon to yield an MMO catalyst. By using an alkoxide intermediate, it can be changed to the crystal structure of the final catalyst.

용융염 방법으로부터 제조된 MMO는 금속 산화 지지체를 포함한 지지체 물질위에서 제조될 수 있다. 용융염 또는 VCl4/VOCl3 중의 염용액을 사용의 하나의 이점은 알루미나, 지르코니아, 실리카, 또는 티타늄 옥시드와 같은 지지체 물질에 상대적으로 쉽게 함침되고, 펄 기술(pearl technique) 또는 연속적인 로딩 중 어느 하나의 사용을 허용한다. 용액 중에 상대적으로 높은 금속 농도는 밀리초 시간 접촉 반응에서 이상적인 촉매를 제공하는 금속이 지지체 물질에 금속 로딩을 증가시키게 한다. MMOs prepared from the molten salt method can be prepared on support materials including metal oxide supports. One advantage of using molten salt or a salt solution in VCl 4 / VOCl 3 is that it is relatively easily impregnated into a support material such as alumina, zirconia, silica, or titanium oxide, and is used during pearl technique or continuous loading. Allow either use. The relatively high metal concentration in solution causes the metal, which provides the ideal catalyst in millisecond time contact reaction, to increase the metal loading on the support material.

다르게, 지지된 MMO 촉매을 제공하기 위한 또 다른 접근은 알루미늄 옥시드와 같은 정교하게 나뉘어진 지지체 물질을 염 용액(용융염 또는 VCl4/VOCl3 용액)으로 첨가하여 서스펜션/슬러리를 형성하는 것이다. 농축과 소성 후에, 제조된 최종 촉매는 상당히 고표면적을 가진 지지된 MMO촉매이다.Alternatively, another approach to providing a supported MMO catalyst is to add a finely divided support material such as aluminum oxide to the salt solution (molten salt or VCl 4 / VOCl 3 solution) to form a suspension / slurry. After concentration and firing, the final catalyst produced is a supported MMO catalyst with a fairly high surface area.

여기서 얻어진 혼합된 금속 산화물은 그것 자체로 훌륭한 촉매 활성도를 나타낸다. 그러나 혼합된 금속 산화물은 염마(grinding)에 의해 더 높은 활성도를 가지는 촉매로 전환될 수 있다. The mixed metal oxides obtained here show excellent catalytic activity by themselves. However, mixed metal oxides can be converted into catalysts having higher activity by grinding.

연마 방법에는 특별한 제한이 없으며, 종래 방법을 사용할 수 있다. 건조 연마 방법에서, 기체 증기 연마제를 사용하는 방법이 예를 들어 언급될 수 있으며, 여기서 굵은 입자는 연마되는 동안 높은 스피드 기체 증기 속에서 서로 충돌되어 진다. 연마는 기계적으로 수행되는 것뿐만 아니라, 작은 크기의 작업의 경우에 있 어서 절구와 같은 것을 사용하여 수행될 수 있다.There is no particular limitation on the polishing method, and a conventional method can be used. In the dry polishing method, for example, a method using gaseous vapor abrasive may be mentioned, wherein the coarse particles collide with each other in the high speed gas vapor during polishing. Grinding can be carried out not only mechanically, but also using something like mortar in the case of small size work.

연마는 물 또는 유기용매를 상기 혼합된 금속 산화물에 첨가하여 습식 상태로 행하여지는 습식 연마 방법에서, 회전 실릴더-유형의 중간 제분기 또는 중간-교반유형의 제분기를 사용하는 종래의 방법이 언급될 수 있다. 회전 실린더-유형의 중간 제분기는 제분될 물질을 담는 용기가 회전되는 유형의 습식 제분기이며, 예를 들어, 볼 제분기(ball mill) 및 로드 밀(rod mill)을 포함한다. 중간-교반 유형 제분기는 습식 제분기의 유형이며, 연마되고 용기에 담겨진 물질을 교반 기계(apparatus)에 의해 교반되고 그 예로 로터리 스크루 유형 제분기(rotary screw type mill) 및 로터리 디스크 유형 제분기를 포함한다. Polishing is a wet polishing method in which the polishing is performed in a wet state by adding water or an organic solvent to the mixed metal oxide, and a conventional method using a rotating cylinder-type intermediate mill or an intermediate-stirring type mill is mentioned. Can be. A rotary cylinder-type intermediate mill is a wet mill of the type in which a vessel containing a material to be milled is rotated, and includes, for example, a ball mill and a rod mill. The intermediate-stirrer type mill is a type of wet mill, in which the ground and container-containing materials are agitated by a stirring apparatus, for example rotary screw type mills and rotary disc type mills. Include.

연마의 조건은 상기 언급되고 혼합된 금속 산화물의 특성; 습식 연마에 사용된 용매의 점성, 농도; 혹은 염마 기계의 최적 조건에 따라 알맞게 세팅된다. 그러나 연마된 촉매 전구체의 평균 입자크기는 기껏해야 20μm, 더 바람직하게는 기껏해야 5μm이 될 때까지 연마하는 것이 바람직하다. 그런 연마를 통해 촉매적 수행이 향상될 수 있다. Conditions for polishing include the properties of the metal oxides mentioned and mixed above; Viscosity, concentration, of solvent used for wet polishing; Or it is set according to the optimum condition of the jute machine. However, it is preferable to grind until the average particle size of the polished catalyst precursor is at most 20 μm, more preferably at most 5 μm. Such polishing can improve catalytic performance.

게다가, 일부의 경우, 연마된 촉매 전구체에 용매를 추가로 첨가하여 용액 또는 슬러리를 형성한 후 다시 건조시킴에 의해 촉매 활성을 추가로 향상시킬 수 있다. 용액 또는 슬러리의 농도에 특별한 제약은 없으나, 보통 용액 또는 슬러리가 연마된 촉매 전구체에 대하여 출발물질 화합물의 총량이 10 내지 60 중량%이 되게 한다. 그때, 이 용액 또는 슬러리는 스프레이 건조, 동결 건조, 건조용 증발 또는 진공 건조와 같은 방법에 의해 건조된다. 게다가, 습식 연마가 수행되는 경우에 유사한 건조가 또한 수행될 수 있다.In addition, in some cases, the catalytic activity may be further improved by further adding a solvent to the polished catalyst precursor to form a solution or slurry and then drying again. There is no particular restriction on the concentration of the solution or slurry, but usually the solution or slurry results in a total amount of starting material compound of 10 to 60% by weight relative to the polished catalyst precursor. The solution or slurry is then dried by methods such as spray drying, freeze drying, evaporation for drying or vacuum drying. In addition, similar drying may also be performed when wet polishing is performed.

상기에서 언급된 방법에 의해 획득된 산화물은 최종 촉매로서 사용되나, 추가로 주로 200 내지 800℃ 온도 범위에서 0.1 내지 10시간 동안 열처리 될 수 있다. The oxide obtained by the above-mentioned method is used as the final catalyst, but may further be heat treated for 0.1 to 10 hours mainly in the temperature range of 200 to 800 ℃.

그렇게 획득된 혼합된 금속 산화물은 그 자체로 고체 촉매로 전형적으로 사용되나, 실리카, 알루미나, 티타니아, 알루미노실리케이트, 규소토 또는 지르코니아와 같은 적당한 운반체와 함께 촉매를 형성할 수도 있다. 추가로, 반응기의 크기 또는 시스템에 의존하는 적당한 모양 및 입자크기로 몰딩 될 수 있다. The mixed metal oxides thus obtained are typically used as solid catalysts per se, but may also form catalysts with suitable carriers such as silica, alumina, titania, aluminosilicate, silicon earth or zirconia. In addition, it may be molded to a suitable shape and particle size depending on the size or system of the reactor.

다르게, 현재 계획된 촉매의 금속 구성성분은 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나, 지르코니아, 티타니아등과 같은 물질 위에 지지될 수 있다. 하나의 전형적인 방법에서, 금속을 포함한 용액은 건조 지지체와 접촉하여 지지체가 습식이 되게 한다; 그때 그 결과 생성된 습윤된 물질을 예를 들어, 실온 내지 200℃온도에서 건조시킨 후에 상기에서 언급된 대로 소성 한다. 또 다른 방법에서 금속 용액은 전형적으로 3:1(금속 용액 : 지지체) 보다 큰 부피비로 지지체에 접촉되고, 그 용액은 금속이온이 지지체 위로 이온교환되기 위해 휘저어진다. 지지체를 포함한 금속은 그때 상기에서 설명된 대로 건조되고 소성된다.Alternatively, the metal components of the presently planned catalysts can be supported on materials such as alumina, silica, silica-alumina, zirconia, titania and the like. In one typical method, a solution comprising a metal is contacted with a dry support to cause the support to be wet; The resulting wetted material is then dried, for example, at room temperature to 200 ° C. and then calcined as mentioned above. In another method, the metal solution is contacted to the support typically in a volume ratio greater than 3: 1 (metal solution: support), and the solution is agitated to allow metal ions to ion exchange onto the support. The metal comprising the support is then dried and calcined as described above.

2 이상의 촉매를 포함한 촉매 시스템을 사용할 때, 촉매는 여러 촉매의 물리적 혼합의 형태가 된다. 바람직하게 촉매의 농도는 제 1 촉매 성분이 반응기 주입시에 농축된 형태의 경향을 가지고 그에 뒷 따르는 촉매는 반응기 배출구 쪽으로 확장된 순차적인 존에서 농축된 경향을 가지기 위해 다양화될 수 있다. 가장 바람직하게, 촉매는 반응기 주입부 부분에 가장 가까운 층을 형성하는 제 1 촉매 성분, 및 반응기 배출구 부분에 연속된 층을 형성하는 그에 뒷 따르는 촉매들이 있는 층으로 형성된 베드(또는 혼합된 베드 촉매로 언급된다)를 형성한다. 층들은 서로 인접 할 수 있거나, 비활성 물질의 층이나 공극에 의해 서로 떨어져 있을 수 있다. When using a catalyst system comprising two or more catalysts, the catalyst is in the form of a physical mixture of several catalysts. Preferably the concentration of the catalyst may be varied in order to have a tendency for the first catalyst component to be concentrated in the reactor injection followed by a tendency for the catalyst to be concentrated in sequential zones extending towards the reactor outlet. Most preferably, the catalyst is a bed (or mixed bed catalyst) formed of a bed with a first catalyst component forming a layer closest to the reactor inlet section and subsequent catalysts forming a continuous layer at the reactor outlet section. Are mentioned). The layers may be adjacent to each other or may be separated from each other by a layer or void of inert material.

짧은 접촉 시간 반응기는 반응물의 기체 증기와 접촉된 고정된 촉매 베드의 사용에 적합한 한 유형이다. 예를 들어, 반응기의 셀(shell) 및 튜브가 활용될 수 있고, 하나 이상의 튜브는 촉매로 밀봉되어(pack) 반응물 기체 증기가 튜브(들)의 한 끝에 통과될 수 있게 하고, 생성물이 튜브(들)의 다른 한 끝으로부터 회수되게 한다. 열 전달 매체가 튜브주변에 순회로 전달되기 위한 셀에 배치된 튜브는 튜브 주변을 순회한다. Short contact time reactors are one type suitable for the use of fixed catalyst beds in contact with the gaseous vapors of the reactants. For example, shells and tubes of the reactor may be utilized, one or more tubes may be packed with a catalyst to allow reactant gas vapors to pass through one end of the tube (s), and the product may pass through the tubes ( From the other end of the A tube disposed in the cell for heat transfer medium to be circulated around the tube is circulated around the tube.

단일 촉매, 히브리드(hybrid) 촉매, 촉매 시스템 또는 히브리드 촉매 시스템의 이용에 있어서, 알칸, 분자 산소 및 추가된 반응물 피드(예를 들어 알켄, 산소, 공기, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 포름알데히드,및 알콜을 포함하나 이로 제한되는 것은 아니다), 증기 및 어떤 희석물(질소, 아르곤을 포함하는)를 포함하는 기체 증류는 함께 튜브 앞 끝으로 모두 피드될 수 있다. In the use of single catalysts, hybrid catalysts, catalyst systems or hybrid catalyst systems, alkanes, molecular oxygen and added reactant feeds (e.g. alkenes, oxygen, air, hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, formaldehyde, And gas distillation, including but not limited to alcohol, vapor, and any diluent (including nitrogen, argon) can all be fed together to the front end of the tube.

다르게, 알칸 및 기체를 포함한 분자 산소는 튜브의 앞 끝으로 피드될 수 있고, 추가적 반응물, 증기 및 희석물은 미리 결정된 하위 부분 위치의 튜브로 피드(또는 스테이징(staging)으로 언급된다)될 수 있다(전형적으로 튜브를 통과하는 기체 증기에 존재하는 생성물 알켄의 특정 최소 농도(예를 들어, 3%, 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 7%)를 가지기 위해 선택된다. Alternatively, molecular oxygen, including alkanes and gases, may be fed to the front end of the tube, and additional reactants, vapors, and diluents may be fed (or referred to as staging) into the tube at predetermined lower part locations. (Typically to have a certain minimum concentration of product alkene (eg, 3%, preferably 5%, most preferably 7%) present in the gas vapor passing through the tube.

두 개 이상의 촉매(예를 들어, 상기에서 설명된 제 1 촉매 성분 및 제 2 촉매)를 포함하는 촉매 시스템을 이용하는데 있어서, 알칸, 분자 산소 및 추가된 반응물 피드(예를 들어 알켄, 산소, 공기, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 포름알데히드,및 알콜을 포함하나 이로 제한되는 것은 아니다), 증기 및 어떤 희석물(질소, 아르곤을 포함하는)를 포함하는 기체 증류는 함께 튜브 앞 끝으로 모두 피드될 수 있다. 다르게, 바람직하게 알칸 및 기체를 포함한 분자 산소는 튜브의 앞 끝으로 피드될 수 있고, 추가적 반응물, 증기 및 희석물을 미리 결정된 하위 부분 위치의 튜브로 스테이징(staging)한다(전형적으로 튜브를 통과하는 기체 증기에 존재하는 바람직한 생성물의 특정 최소 농도(앞에서 언급한 것과 같은)를 가지기 위해; 또는 상기에서 언급된 대로, 두 층으로 된 촉매 베드를 매개하는 촉매 층으로 된 베드의 이용에 있어서, 그렇게 선택된다. In using a catalyst system comprising two or more catalysts (eg, the first and second catalyst components described above), alkanes, molecular oxygen and added reactant feeds (eg, alkenes, oxygen, air) Gas distillation, including, but not limited to, hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, formaldehyde, and alcohol, vapor and any diluent (including nitrogen, argon) can all be fed together to the front end of the tube. have. Alternatively, molecular oxygen, preferably including alkanes and gases, can be fed to the front end of the tube, staging additional reactants, vapors and diluents into a tube at a predetermined lower part location (typically passing through the tube). To have a certain minimum concentration of the desired product present in the gaseous vapors (as mentioned above); or as mentioned above, in the use of a bed of catalyst beds which mediates a two-bed catalyst bed, do.

분자 산소에 추가하여, 이산화탄소는 본 발명의 다단계 방법에 있어서, 더 온화한 산화제로서 작용한다. 본 발명의 하나의 이점은 이산화탄소가 당업계에 잘 알려진 종래의 증기 크래킹 촉매를 사용하여 증기 추가와 함께 증기 크래킹의 시작 단계에 알칸 일부를 사용하여 생산된다는 것이다. 온화한 산화물을 제조하는데 추가하여, 알칸을 알켄으로 전환하는 발열적 특성을 최소화하여 일산화탄소, 알칸 파편 및 알켄 파편 및 그들의 혼합물을 포함하나 이로 한정되지는 않는 생성물을 넘어선 산화를 결국 최소화한다. In addition to molecular oxygen, carbon dioxide acts as a milder oxidant in the multistage process of the present invention. One advantage of the present invention is that carbon dioxide is produced using a portion of alkanes at the beginning of steam cracking with the addition of steam using conventional steam cracking catalysts well known in the art. In addition to preparing mild oxides, the exothermic properties of converting alkanes to alkenes are minimized to eventually minimize oxidation beyond products including, but not limited to, carbon monoxide, alkanes and alkenes and mixtures thereof.

두 번째 이점은 분자 산소와 달리, 이산화탄소는 기체상 라디칼 반응을 유도하지 않는다는 것이다. 그런 산화 커플 반응은 불균질의 촉매에 의해 조절된다. 결과 및 예시적인 구체예에서는, 메탄 및 에탄이 혼합되고 프로필렌으로 촉매전환 되는것과 같이, 과도한 산화 없이 메탄이 산화적으로 커플링되어 에틸렌을 제공할 수 있다. 적당한 촉매는 PbO/MgO, 란탄 계열 금속 산화물, 란탄 계열 금속 산화물의 혼합물, CaO/CeO2, 금속 산화물, 그룹 1-3의 산화물의 혼합물, 및 CaO/MnO2, Cao/Cr2O3, CaO/ZnO, 금속 산화물의 혼합물, 다성분 금속 산화 촉매, 지지된 금속 산화물(SiO2/Cr2O3과 같은 초반에 설명된 것과 같은), 특정 비금속 산화물, 특정 비산화 금속 및 그의 혼합물을 포함하나 이로 제한되는 것은 아니다.The second advantage is that unlike molecular oxygen, carbon dioxide does not induce gaseous radical reactions. Such oxidative couple reactions are controlled by heterogeneous catalysts. In the results and exemplary embodiments, methane can be oxidatively coupled without excessive oxidation to provide ethylene, such as methane and ethane being mixed and catalytically converted to propylene. Suitable catalysts include PbO / MgO, lanthanum based metal oxides, mixtures of lanthanum based metal oxides, CaO / CeO 2 , metal oxides, mixtures of oxides of groups 1-3, and CaO / MnO 2 , Cao / Cr 2 O 3 , CaO / ZnO, mixtures of metal oxides, multicomponent metal oxidation catalysts, supported metal oxides (such as those described earlier in SiO 2 / Cr 2 O 3 ), certain non-metal oxides, certain non-oxides, and mixtures thereof It is not limited to this.

또 다른 구체예에서, 일부 초기의 알칸을 희생하여 산화제로서 이산화탄소를 생성하기 위해 일부 초반의 알칸을 부분적으로 희생하고 남아 있는 알칸과 산화제를 혼합하는 증기 크래킹 방법에 이산화탄소 및 증기를 사용하여 알칸(예를 들어, 에탄, 프로판, 이소부탄 및 부탄을 포함하나 이로 제한되지 않는다)을 그에 대응하는 알켄으로 산화시킨다. 처음에 기술한 바와 같이 본 발명의 또 다른 이점은 더 고온에서 콕킹(coking)을 유도하는 원치않는 반응을 최소화하고 분자 수소를 전부 산화시키고, 더 낮은 온도에서 산화되게 하고, 추가로 알칸의 과산화를 최소화게 하는 것이다. 상기에서 기술된 것에 추가하여 알맞은 촉매는 예를 들어, 금속 산화물 촉매, 혼합된 금속 산화물 촉매, 다성분 금속 산화 촉매(K-Cr-Mn/SiO2, SiO2/Cr2O3 및 Fe/Mn 실리케이트와 같은 초반에 설명한 지지된 금속 산화물을 포함한다) 및 그의 혼합물을 포함하나 이로 한정되는 것은 아니다. 산화제로서 이산화탄소의 이점은 그의 산화 환원 성격이 원치 않는 라디칼 방법을 포함한 촉매 방법에서 우세하다는 것이다. 이산화탄소는 산화제로서 작용하는 활성 산소 종을 생성하고, 이산화탄소는 연속적인 산화환원 사이클을 형성하는 환원된 산화물을 산화환원하며, 환원된 콕킹 탄소를 산화한다. 본 발명의 실행에서 이용되는 알칸을 대응하는 알켄으로 산화시키는 전형적인 조건은 200 내지 700℃로 다양하게 변화할 수 있는 증기 크래킹 반응을 포함한다. 종래의 증기 크래킹 반응기 및 촉매는 저널 Energy & Fuels, 18, 1126-1139, 2004에 잘 기술되어 있으며, 당업계에 알려져 있다.In another embodiment, the use of carbon dioxide and steam in a vapor cracking method of partially sacrificing some early alkanes and mixing the remaining alkanes and oxidants to produce some carbon dioxide as an oxidant at the expense of some initial alkanes (eg For example, but not limited to, ethane, propane, isobutane and butane) are oxidized to the corresponding alkenes. As described at the outset, another advantage of the present invention is to minimize the unwanted reactions that lead to coking at higher temperatures, to oxidize all of the molecular hydrogen, to allow it to be oxidized at lower temperatures, and further to peroxidation of alkanes. To minimize it. Suitable catalysts in addition to those described above include, for example, metal oxide catalysts, mixed metal oxide catalysts, multicomponent metal oxidation catalysts (K-Cr-Mn / SiO 2 , SiO 2 / Cr 2 O 3 and Fe / Mn). And supported mixtures described earlier, such as silicates) and mixtures thereof. The advantage of carbon dioxide as an oxidant is that its redox nature prevails in catalytic processes, including unwanted radical processes. Carbon dioxide produces reactive oxygen species that act as oxidants, carbon dioxide redoxes the reduced oxides that form a continuous redox cycle, and oxidizes the reduced cocking carbon. Typical conditions for oxidizing alkanes used in the practice of the present invention to the corresponding alkenes include a vapor cracking reaction that can vary widely from 200 to 700 ° C. Conventional steam cracking reactors and catalysts are well described in the journal Energy & Fuels, 18, 1126-1139, 2004 and are known in the art.

예를 들어, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌 또는 이소부틸렌이 포함되나 이로 한정되는 것은 아닌 알켄을 본 발명의 실행에서 이용되는 그의 각각의 에스테르를 포함하는 아크릴산 및 메타크릴산으로의 전환시키는 전형적인 반응 조건은 다음을 포함한다; 반응 온도는 0 내지 1000℃로 변할 수 있으나, 주로 불꽃 온도(500 내지 1000℃) 범위에 있고; 촉매와 접촉되는 시간은 80 밀리초 이하를 포함하는 및 50 밀리초 이하를 포함하는 100밀리초 이하이며; 반응 존의 압력은 주로 50 psig 이하를 포함하는 0 내지 75 psig의 범위이다.For example, typical reaction conditions for converting alkenes to acrylic and methacrylic acid comprising their respective esters used in the practice of the present invention, including but not limited to ethylene, propylene, butylene or isobutylene. Includes: The reaction temperature may vary from 0 to 1000 ° C., but mainly in the flame temperature (500 to 1000 ° C.) range; The time of contact with the catalyst is 100 milliseconds or less, including 80 milliseconds or less and 50 milliseconds or less; The pressure in the reaction zone is in the range of 0 to 75 psig, mainly including 50 psig or less.

본 발명은 (a) 기체 알칸 5-30 중량%와, 알칸을 증기형태의 이산화탄소 및 물로 완전히 산화시키기에 충분한 분자 산소의 화학량적 양을 혼합하고;The present invention comprises (a) mixing 5-30% by weight of gas alkanes with a stoichiometric amount of molecular oxygen sufficient to completely oxidize the alkanes to carbon dioxide and water in vapor form;

(b) 증기 및 잔류 양의 알칸을 증기 및 이산화탄소와 혼합하고 그것을 하나 이상의 증기 크래킹 촉매에 접촉시키며;(b) mixing vapor and residual amounts of alkanes with steam and carbon dioxide and contacting it with at least one vapor cracking catalyst;

(c) (b)로부터 생성된 기체 혼합물 및 분자 산소를 제 1 촉매 층 및 제 2 촉매 층으로 구성된 혼합 촉매 베드를 포함한 짧은 접촉 시간 반응기에서 혼합하며, 여기서 (1) 제1 촉매 층은 (i) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, 그의 합금 및 그들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속; 및 (ii) 금속 Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, 그룹1-3 금속, 란탄계열 금속 및 그의 혼합물을 포함한 금속 산화물의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 개질제를 포함하고, (iii) 금속 Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, 그들의 2 성분의 혼합물, 3 성분의 혼합물 및 그들의 4 성분 이상의 혼합물을 포함한 적어도 하나의 금속 산화물과 혼합되거나 혼합되지 않으며; 여기서 제1 층의 촉매는 금속 산화 지지체에 함침되어 있고; (2) 제 2 촉매 층은 금속 Mo, Fe, P, V 및 그의 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 금속 산화물을 함유하고, 혼합된 베드 촉매는 기체 알칸을 그에 대응하는 불포화된 카르복실산으로 전환시키는데에 점층적으로 효과적인 단계를 포함하는, 알칸으로부터 대응되는 불포화 카르복실산을 제조하는 다단계 방법을 제공하며; (c) the gas mixture and molecular oxygen produced from (b) are mixed in a short contact time reactor comprising a mixed catalyst bed consisting of a first catalyst layer and a second catalyst layer, wherein (1) the first catalyst layer is (i) ) At least one metal selected from the group consisting of Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, alloys thereof and mixtures thereof; And (ii) at least one modifier selected from the group of metal oxides including metals Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, group 1-3 metals, lanthanide metals and mixtures thereof, and (iii) metal Cd Or not mixed with at least one metal oxide, including Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, mixtures of two components thereof, mixtures of three components and mixtures of four or more thereof ; Wherein the catalyst of the first layer is impregnated in the metal oxide support; (2) the second catalyst layer contains at least one metal oxide comprising metals Mo, Fe, P, V and mixtures thereof, and the mixed bed catalyst converts the gas alkanes to the corresponding unsaturated carboxylic acids. Providing a multistage process for preparing the corresponding unsaturated carboxylic acid from an alkane, the step being progressively effective;

여기서 제 2 촉매 층은 제1 촉매층으로부터 하위 부분에 일정거리떨어져 위치하며, 그 반응기는 100밀리초 이하의 반응기 체류시간과 함께 500 내지 1000℃의 온도 범위에서 작동되며; 여기서 하나 이상의 크래킹 촉매는 짧은 접촉 시간 반응기로 부터 일정거리떨어져 상위 부분에 위치한다. Wherein the second catalyst bed is located at a lower distance from the first catalyst bed at a lower distance and the reactor is operated in a temperature range of 500 to 1000 ° C. with a reactor residence time of less than 100 milliseconds; Wherein the one or more cracking catalysts are located in the upper part away from the reactor by a short contact time.

다른 구체예에서, 본 발명은 (a) 기체 알칸 5-30 중량%와, 알칸을 증기형태의 이산화탄소 및 물로 완전히 산화시키기에 충분한 분자 산소의 화학량적 양을 혼합하고;In another embodiment, the present invention relates to a process for the preparation of (a) 5-30 wt.

(b) 증기 및 잔류 양의 알칸을 증기 및 이산화탄소와 혼합하고 그것을 하나 이상의 증기 크래킹 촉매에 접촉시키며;(b) mixing vapor and residual amounts of alkanes with steam and carbon dioxide and contacting it with at least one vapor cracking catalyst;

(c) (b)로부터 생성된 기체 혼합물 및 분자 산소를 제 1 촉매 층 및 제 2 촉매 층으로 구성된 혼합 촉매 베드를 포함한 짧은 접촉 시간 반응기에서 혼합하며, 여기서(1) 제1 촉매 층은 (i) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, 그의 합금 및 그들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속; 및 (ii) 금속 Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, 그룹1-3 금속, 란탄계열 금속 및 그의 혼합물을 포함한 금속 산화물의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 개질제를 포함하고, (iii) 금속 Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, 그들의 2성분 혼합물, 그들의 3성분 혼합물 및 그들의 4 성분 이상의 혼합물을 포함한 적어도 하나의 금속 산화물과 혼합되거나 혼합되지 않으며; 여기서 제1 층의 촉매는 금속 산화 지지체에 함침되어 있고; (2) 제 2 촉매 층은 금속 Mo, Fe, P, V 및 그의 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 금속 산화물을 함유하고, 혼합된 베드 촉매는 기체 알칸을 그에 대응하는 불포화된 카르복실산으로 전환시키는데에 점층적으로 효과적인 단계를 포함하는, 알칸으로부터 대응되는 불포화 카르복실산을 제조하는 다단계 방법을 제공하며; (c) the gas mixture and molecular oxygen resulting from (b) are mixed in a short contact time reactor comprising a mixed catalyst bed consisting of a first catalyst layer and a second catalyst layer, wherein (1) the first catalyst layer is (i) ) At least one metal selected from the group consisting of Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, alloys thereof and mixtures thereof; And (ii) at least one modifier selected from the group of metal oxides including metals Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, group 1-3 metals, lanthanide metals and mixtures thereof, and (iii) metal Cd Or not mixed with at least one metal oxide, including Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, their two-component mixtures, their three-component mixtures and mixtures of four or more thereof; Wherein the catalyst of the first layer is impregnated in the metal oxide support; (2) the second catalyst layer contains at least one metal oxide comprising metals Mo, Fe, P, V and mixtures thereof, and the mixed bed catalyst converts the gas alkanes to the corresponding unsaturated carboxylic acids. Providing a multistage process for preparing the corresponding unsaturated carboxylic acid from an alkane, the step being progressively effective;

여기서 하나 이상의 크래킹 촉매는 단기간 접촉반응기로부터 상위 부분에 일정거리 떨어져 있고;
제1 촉매는 반응기를 통과하는 기체 증기의 흐름 방향과 관련하여 제2 촉매 존의 상류 부분에 배치되며:
Wherein the at least one cracking catalyst is at a distance from the upper portion from the short term catalytic reactor;
The first catalyst is disposed in an upstream portion of the second catalyst zone with respect to the direction of flow of gas vapor through the reactor:

제 1 촉매 존은 100밀리초 이하의 제 1 촉매 반응 존 체류시간 및 500 내지 1000℃의 온도에서 작동되며;The first catalyst zone is operated at a first catalytic reaction zone residence time of less than 100 milliseconds and at a temperature of 500 to 1000 ° C;

제 2 촉매 존은 100밀리초 이하의 반응기 체류시간 및 300 내지 400℃의 온도 범위에서 작동되고; The second catalyst zone is operated in a reactor residence time of less than 100 milliseconds and in a temperature range of 300 to 400 ° C;

여기서 알칸의 기체 증기는 단일 패스(pass)로 반응기 전체로 통과되거나, 비반응된 알칸이 반응기로 들어가는 알칸의 기체 흐름으로 회수되며, 포화된 카르 복실산은 불포화된 카르복실산의 총 수율을 증가시키기 위해 제 2 촉매 존으로 회수 된다.Wherein the gaseous vapors of alkanes are passed through the reactor in a single pass, or are recovered with the gaseous flow of alkanes where unreacted alkanes enter the reactor, and saturated carboxylic acids increase the total yield of unsaturated carboxylic acids. To the second catalyst zone.

프로판 또는 이소 프로판 및 산소분자를 포함한 기체 증기를 반응기에 통과시키는 것이 유용하다. 추가로, 피드는 추가 반응물, 증기와 같은 보조제 또는 비활성기체(예를 들어, 질소, 아르곤)과 같은 희석제 또는 이산화탄소를 포함한 온화한 산화제를 포함할 수 있다. It is useful to pass a gas vapor containing propane or iso propane and oxygen molecules through the reactor. In addition, the feed may include additional reactants, auxiliaries such as steam or diluents such as inert gases (eg nitrogen, argon) or mild oxidants including carbon dioxide.

다른 구체예에서, 알칸 또는 알켄의 기체 증기는 각각 SCR 또는 SCTR을 단회 패스로 통과하거나, 비반응한 알칸 또는 알켄이 각각 SCTR로 들어가는 알켄 기체 증기로 회수되고 포화 카르복실산은 제 2 촉매 존으로 회수되어 불포화 카르복실산의 총수율을 증가시킨다.In another embodiment, the gaseous vapors of alkanes or alkenes are passed through SCR or SCTR in a single pass, respectively, or recovered as alkene gas vapors where unreacted alkanes or alkenes respectively enter SCTR and saturated carboxylic acids are recovered to the second catalyst zone. To increase the total yield of unsaturated carboxylic acids.

본 발명은 또한 다음 방법을 포함하는 다단계 방법을 제공한다:(a) 하나 이상의 증기 크래킹 촉매를 사용하여 알칸을 그에 대응하는 알켄으로 점층적 전환시키고;(b) 대응 알켄을 본 발명의 촉매 시스템을 사용하여 짧은 접촉 시간 반응기에서 불포화 카르복실산, 및 고급 유사체 불포화 카르복실산으로부터 선택된 추가로 대응되는 산소화된 생성물로 촉매 전환시키며; (c) 결과 생성물 또는 생성물을 제 2 반응기에서 피드로 작용하는 제1 반응기로 부터의 생성물이 있는 제2 고정된 베드 산화 반응기의 앞 끝에 첨가한다. 예를 들어 프로판은 제1 증기를 크랭킹하고, 프로필렌으로 촉매 전환하며, 그 프로필렌은 짧은 접촉 시간 반응기에서 촉매 시스템을 사용하여 대응되는 산소화물로 추가로 촉매 전환된다. 프로필렌은 그것을 아크릴산으로 전환하는 제2 산화 반응기에 피드된다. 하나의 구체예에서, 이것은 제 1 반응기로부터 비반응된 알칸 및 제 2 반응기로부터 비반응된 알켄을 각각 알칸 및 알켄의 회수하기 위해 피드(feed)하는 것을 포함한다. 예를 들어, 비반응한 프로판은 제1 증기 크래킹 반응기 또는 SCR로 회수되거나 제2 산화 반응기에 피드로서 임의적으로 첨가된다. 제 2 산화 반응기는 더 긴 체류시간(수 초(second))에서 알켄을 불포화 카르복실산으로 전환시키는데 사용되는 종래의 산업적 스케일의 산화 반응기를 포함한다. 다르게, 제2 산화 반응기는 밀리초 체류시간에서 제2 SCTR 작동을 포함한다.The present invention also provides a multistage process comprising the following methods: (a) gradually converting alkanes to their corresponding alkenes using one or more vapor cracking catalysts; (b) converting the corresponding alkenes to the catalyst system of the present invention. Catalytic conversion to further corresponding oxygenated products selected from unsaturated carboxylic acids, and higher analog unsaturated carboxylic acids in a short contact time reactor; (c) The resultant product or product is added to the front end of a second fixed bed oxidation reactor with the product from the first reactor serving as feed in the second reactor. For example, propane cranks the first vapor and catalytically converts it to propylene, which is further catalytically converted to the corresponding oxygenate using a catalyst system in a short contact time reactor. Propylene is fed to a second oxidation reactor that converts it to acrylic acid. In one embodiment, this comprises feeding unreacted alkanes from the first reactor and unreacted alkenes from the second reactor to recover the alkanes and alkenes, respectively. For example, unreacted propane is recovered in a first steam cracking reactor or SCR or optionally added as a feed to a second oxidation reactor. The second oxidation reactor includes a conventional industrial scale oxidation reactor used to convert alkenes to unsaturated carboxylic acids at longer residence times (seconds). Alternatively, the second oxidation reactor includes a second SCTR operation at millisecond residence time.

분자 산소의 소스가 예를 들어, 산소, 산소 다량 포함된 기체 또는 공기가 이 방법 중에 적용될 수 있다. 특히 회수가 부 존재한 곳에서 공기가 산소 공급원 중에서 가장 경제적일 수 있다.For example, oxygen, gas or air containing a large amount of oxygen may be applied during this method. In the absence of recovery, air can be the most economical source of oxygen.

다르게, 금속 산화 촉매 성분 또는 제 2 촉매 층은 다음을 포함할 수 있다: Alternatively, the metal oxidation catalyst component or second catalyst layer may comprise:

(A) 실험식 MoaVbMcNdOe를 갖는 혼합된 금속 산화물 촉매(A) Mixed Metal Oxide Catalysts Having the Experimental Mo a V b M c N d O e

여기서 M은 Te 및 Sb로 구성된 그룹으로부터 선택되고,Where M is selected from the group consisting of Te and Sb,

N은 Nb, Ta, W, Ti, Al, Zr, Cr, Mn, B, In, As, Ge, Sn, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Hf 및 P로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소이며,N is Nb, Ta, W, Ti, Al, Zr, Cr, Mn, B, In, As, Ge, Sn, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, At least one element selected from the group consisting of Hf and P,

a,b,c,d 및 e 는 원소의 상대 원자량을 나타내고a, b, c, d and e represent the relative atomic weights of the elements

a=1, b=0.01 내지 1.0, c= 0.01 내지 1.0, d=0.01 내지 1.0 및 e는 산소 이외 다른 원자의 산화상태에 따라 의존한다.a = 1, b = 0.01 to 1.0, c = 0.01 to 1.0, d = 0.01 to 1.0 and e depend on the oxidation state of atoms other than oxygen.

불꽃 온도에서, 혼합된 금속 산화물 촉매의 Mo 또는 Te를 포함한 특정 금속 성분은 남아 있는 다른 혼합된 금속 산화 촉매, 금속간 촉매 및 그의 히브리드 촉매를 휘발시킨다. At the flame temperature, certain metal components, including Mo or Te, of the mixed metal oxide catalysts volatilize the remaining mixed metal oxidation catalysts, intermetallic catalysts, and their hybrid catalysts.

(B) 실험식 MoaSbbOc를 갖는 혼합된 금속 산화물 촉매(B) Mixed Metal Oxide Catalysts Having Experimental Mo a Sb b O c

여기서 here

a,b, 및 c 는 원소의 상대 원자량을 나타내고a, b, and c represent the relative atomic weights of the elements

a=1, b=0.01 내지 1.0, 및 c는 산소 이외 다른 원자의 산화상태에 따라 의존한다. 불꽃 온도에서, 혼합된 금속 산화물 촉매의 특정 금속 성분은 남아 있는 다른 혼합된 금속 산화 촉매, 금속간 촉매 및 그의 히브리드 촉매를 휘발시킨다. a = 1, b = 0.01 to 1.0, and c depend on the oxidation state of atoms other than oxygen. At the flame temperature, certain metal components of the mixed metal oxide catalyst volatilize other mixed metal oxidation catalysts, intermetallic catalysts and their hybrid catalysts remaining.

(C) 실험식 MoaSbbBicOd를 갖는 혼합된 금속 산화물 촉매(C) Mixed metal oxide catalyst with empirical formula Mo a Sb b Bi c O d

여기서 here

a,b,c 및 d는 원소의 상대 원자량을 나타내고a, b, c and d represent the relative atomic weights of the elements

a=1, b=0.01 내지 1.0, c= 0.01 내지 1.0, d는 산소 이외 다른 원자의 산화상태에 따라 의존한다. 불꽃 온도에서, 혼합된 금속 산화물 촉매의 특정 금속 성분은 남아 있는 다른 혼합된 금속 산화 촉매, 금속간 촉매 및 그의 히브리드 촉매를 휘발시킨다. a = 1, b = 0.01 to 1.0, c = 0.01 to 1.0, d depends on the oxidation state of atoms other than oxygen. At the flame temperature, certain metal components of the mixed metal oxide catalyst volatilize other mixed metal oxidation catalysts, intermetallic catalysts and their hybrid catalysts remaining.

다르게, 촉매는 촉매 (A), (B) 및 (C)의 혼합물을 포함할 수 있다.Alternatively, the catalyst may comprise a mixture of catalysts (A), (B) and (C).

다른 대체의 산화 촉매는 다음을 포함한다:Other alternative oxidation catalysts include:

(a) 원소 주기율 표의 그룹 1B 및 비스므스 옥시드 아세테이트로부터 선택된 적어도 하나의 원소로 프로모토된 원소 주기율표의 그룹 5B, 6B, 7B 및 8의 그룹으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 지지된 촉매; 또는(a) a support comprising at least one element selected from the group consisting of groups of groups 5B, 6B, 7B and 8 of the Periodic Table of the Elements promoted with at least one element selected from group 1B and bismuth oxide acetate of the Periodic Table of Elements Catalyst; or

(b) 루테늄(ruthenium)을 포함하는 촉매; 또는(b) a catalyst comprising ruthenium; or

(c) 지지체 위에 Pd 및 Bi를 포함하는 촉매; 또는(c) a catalyst comprising Pd and Bi on a support; or

(d) Pd 및 원소 주기율표에서 그룹 3A, 4A, 5A 및 6B의 원소로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소 및 원소 주기율표에서 그룹 3B 및 4B의 원소로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 지지된 촉매; 또는(d) support comprising at least one element selected from the group consisting of elements of groups 3A, 4A, 5A and 6B in Pd and the periodic table of elements and at least one element selected from the group consisting of elements of groups 3B and 4B in the periodic table of elements Catalyst; or

(e) Pd 및 원소 주기율표에서 그룹 1B의 적어도 하나의 원소를 포함하는 지지된 촉매; 또는(e) a supported catalyst comprising Pd and at least one element of group 1B in the periodic table of elements; or

(f) Pd 및 Pb를 포함하는 지지된 촉매: 또는(f) a supported catalyst comprising Pd and Pb: or

(g) Pd 및 Ba, Au, La, Nb, Ce, Zn, Pb, Ca, Sb, K, Cd, V 및 Te로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 지지된 촉매; 또는(g) a supported catalyst comprising Pd and at least one element selected from the group consisting of Ba, Au, La, Nb, Ce, Zn, Pb, Ca, Sb, K, Cd, V and Te; or

(h) 그들의 혼합물.(h) mixtures thereof.

또 다른 대체촉매는 Mo, V, Nb 및/또는 Ta를 함유하는 포스페이트 촉매를 포함한다[참고, Japanese Laid-Open Patent Application Publication No. 06-199731 A2]. 또한 다른 대체 촉매는 잘 알려진 몰리브데늄, 비스무스, 철을-기초로 혼합된 금속 산화물을 포함하며, 이는 미국특허 제 3,825,600;3,649,930 및 4,339,335호에 개시되어 있다. Still other alternative catalysts include phosphate catalysts containing Mo, V, Nb and / or Ta. See Japanese Laid-Open Patent Application Publication No. 06-199731 A2]. Other alternative catalysts also include well known molybdenum, bismuth, iron-based mixed metal oxides, which are disclosed in US Pat. Nos. 3,825,600; 3,649,930 and 4,339,335.

본 발명은 또한 하기의 단계(a), (b) 및 (c)를 포함하고, 불포화 카르복실산의 에스테르를 제조하는 다단계 방법을 또한 제공한다.The present invention also provides a multistep process for preparing esters of unsaturated carboxylic acids, comprising the following steps (a), (b) and (c).

(a) 기체 알칸 5-30 중량%와, 알칸을 증기형태의 이산화탄소 및 물로 완전히 산화시키기에 충분한 분자 산소의 화학량적 양을 혼합하고;(a) mixing 5-30% by weight of gas alkanes with a stoichiometric amount of molecular oxygen sufficient to completely oxidize the alkanes to carbon dioxide and water in vapor form;

(b) 증기 및 잔류 양의 알칸을 증기 및 이산화탄소와 혼합하고 그것을 하나 이상의 증기 크래킹 촉매에 접촉시키며;(b) mixing vapor and residual amounts of alkanes with steam and carbon dioxide and contacting it with at least one vapor cracking catalyst;

(c) (b)로부터 생성된 대응 알켄 및 분자 산소를 제 1 촉매 층 및 제 2 촉매 층으로 구성된 혼합된 촉매 베드를 포함하는 짧은 접촉 시간 반응기에서 혼합하고, 여기서 (1) 제1 촉매 층은 (i) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, 그의 합금 및 그들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속; 및 (ii) 금속 Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, 그룹1-3 금속, 란탄계열 금속 및 그의 혼합물을 포함한 금속 산화물의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 개질제를 포함하고, (iii) 금속 Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, 그들의 2성분 혼합물, 그들의 3성분 혼합물 및 그들의 4 성분 이상의 혼합물을 포함한 적어도 하나의 금속 산화물과 혼합되거나 혼합되지 않으며; 여기서 제1 층의 촉매는 금속 산화 지지체에 함침되어있고; (2) 제 2 촉매 층은 금속 Mo, Fe, P, V 및 그의 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 금속 산화물을 함유하고, 혼합된 베드 촉매는 기체 알칸을 그에 대응하는 불포화된 카르복실산으로 전환시키는데 점층적 효과적이며; (c) the corresponding alkene and molecular oxygen produced from (b) are mixed in a short contact time reactor comprising a mixed catalyst bed consisting of a first catalyst layer and a second catalyst layer, wherein (1) the first catalyst layer is (i) at least one metal selected from the group consisting of Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, alloys thereof and mixtures thereof; And (ii) at least one modifier selected from the group of metal oxides including metals Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, group 1-3 metals, lanthanide metals and mixtures thereof, and (iii) metal Cd Or not mixed with at least one metal oxide, including Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn, their two-component mixtures, their three-component mixtures and mixtures of four or more thereof; Wherein the catalyst of the first layer is impregnated in the metal oxide support; (2) the second catalyst layer contains at least one metal oxide comprising metals Mo, Fe, P, V and mixtures thereof, and the mixed bed catalyst converts the gas alkanes to the corresponding unsaturated carboxylic acids. Gradual effective;

여기서 하나 이상의 크래킹 촉매는 단기간 접촉반응기로부터 상위 부분에 일정거리 떨어져 있고;Wherein the at least one cracking catalyst is at a distance from the upper portion from the short term catalytic reactor;

제 2 촉매 층은 제1 촉매 층으로부터 하위 부분에 일정거리떨어져 있고, 100밀리초 이하의 반응기 체류시간 및 500 내지 1000℃온도에서 작동된다. The second catalyst bed is at a distance from the lower portion of the first catalyst bed and is operated at reactor residence time of 100 milliseconds or less and at a temperature of 500 to 1000 ° C.

하나의 구체예에서, 추가적 촉매 층이 제 1 및 금속 Mo, Fe, P, V 및 그의 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 금속을 포함하는 제2 층 간에 포함될 수 있고, 추가된 층의 촉매는 알콜의 존재하에 그에 대응되는 에스테르로 촉매전환되기 전에, 기체 포화 카르복실산을 그에 대응하는 기체 불포화 카르복실산으로 전환시키는데 점층적 효과적이다. In one embodiment, an additional catalyst layer can be included between the first and a second layer comprising at least one metal comprising metals Mo, Fe, P, V and mixtures thereof, wherein the catalyst of the added layer is Prior to being catalytically converted to the corresponding ester in the presence, it is a gradual effective to convert the gas saturated carboxylic acid to the corresponding gas unsaturated carboxylic acid.

본 발명은 또한 알칸을 그에 대응하는 불포화 카르복실산의 에스테르로 점층적 전환시키는 다단계 방법을 제공하고, 그 반응기는 알칸을 알콜과 함께 그에 대응하는 카르복실산의 에스테르로 전환하는데 점층적으로 효과적인 하나 이상의 산화 촉매를 포함하고; 적어도 하나의 이상의 산화 촉매는 알칸을 그에 대응하는 불포화 카르복실산으로 전환시키는데 효과적인 제1 촉매 시스템 및 알콜의 존재하에 에틸렌계 불포화 알콜을 알콜이 있는 대응하는 에틸렌계 불포화 카르복실산의 에스테르로 전환시키는데 효과적인 제2 촉매를 포함한다;The present invention also provides a multi-step process for the gradual conversion of alkanes to esters of the corresponding unsaturated carboxylic acids, the reactor being one that is effective in converting alkanes with esters of the corresponding carboxylic acids with alcohols. It includes the above oxidation catalyst; The at least one oxidation catalyst converts the ethylenically unsaturated alcohols into esters of the corresponding ethylenically unsaturated carboxylic acids with alcohols in the presence of an alcohol and a first catalyst system effective to convert the alkanes to their corresponding unsaturated carboxylic acids. An effective second catalyst;

제 1 촉매는 제1반응 존에 배치되고;The first catalyst is disposed in the first reaction zone;

제 2 촉매는 제2 반응 존에 배치되며;The second catalyst is disposed in the second reaction zone;

제 1 반응 존은 반응기를 통과하는 제 1 기체 증기의 흐름 방향과 관련하여 제2 반응 존의 상위부분에 배치되며; The first reaction zone is disposed above the second reaction zone in relation to the flow direction of the first gas vapor passing through the reactor;

제 2 기체 증기는 제1 반응 존 및 제 2 반응존의 반응기 중간체로 피드되어지고;The second gas vapor is fed into the reactor intermediate of the first reaction zone and the second reaction zone;

제 1 반응 존은 100 밀리초 이하의 제1 반응 존 체류시간 및 500 내지 1000℃의 온도범위에서 작동되며;The first reaction zone is operated in a first reaction zone residence time of less than 100 milliseconds and in a temperature range of 500-1000 ° C .;

제 2 반응 존은 100밀리초 이하의 제2 반응 존 체류시간 및 300 내지 400 ℃의 온도범위에서 작동된다.The second reaction zone is operated in a second reaction zone residence time of less than 100 milliseconds and in a temperature range of 300 to 400 ° C.

또 다른 구체예에서, 알칸을 그에 대응하는 고급 불포화 카르복실산으로 촉매적 및 점층적 전환시키고 그들을 구체적 알콜의 존재하에 그에 대응하는 에스테르를 촉매 전환시키는 다단계 방법을 제공한다.In another embodiment, a multistage process is provided for catalytic and gradual conversion of alkanes to their corresponding higher unsaturated carboxylic acids and for catalytic conversion of them in the presence of specific alcohols.

본 발명의 다단계 촉매 시스템을 사용하여 에틸렌계 불포화 카르복실산의 에스테르 및 그의 고급 유사체를 제조하는데 있어서, 프로판 또는 이소부탄 및 분자 산소를 포함하는 제 1 기체 증기를 SCR로 통과시켜 이산화탄소를 형성하고, 남아있는 알칸을 대응하는 알켄, 프로필렌 및 이소부틸렌으로 산화시키는데 유용하다; 대응하는 알켄을 하나 이상의 산화 촉매가 있는 SCTR로 통과시켜서 점층적 알켄을 대응 불포화 카르복실산으로 전환시키며 알콜을 포함한 제2 기체 증기를 별도로 반응기에 통과시킨다. 추가로, 피드는 추가적 반응물, 증기와 같은 보조제 또는 비활성 기체(예를 들어, 질소, 아르곤)와 같은 희석제 또는 이산화탄소를 포함한 추가의 산화제를 포함할 수 있다. 추가의 반응물 피드는 알켄, 산소, 공기, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 및 포름알데히드를 포함할 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.In preparing esters of ethylenically unsaturated carboxylic acids and higher analogs thereof using the multistage catalyst system of the present invention, a first gas vapor comprising propane or isobutane and molecular oxygen is passed through SCR to form carbon dioxide, Useful for oxidizing the remaining alkanes to the corresponding alkenes, propylene and isobutylene; The corresponding alkenes are passed through SCTR with one or more oxidation catalysts to convert the gradual alkenes to the corresponding unsaturated carboxylic acids and a second gas vapor containing alcohol is passed separately to the reactor. In addition, the feed may include additional reactants, auxiliaries such as steam or diluents such as inert gases (eg nitrogen, argon) or additional oxidants including carbon dioxide. Additional reactant feeds may include, but are not limited to, alkenes, oxygen, air, hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, and formaldehyde.

프로판 또는 이소부탄 및 산소분자를 포함한 제 1 기체 증기를 SCR로 통과시키고, 그때 대응하는 알켄 기체 증기를 SCTR로 통과시키는데 유용하고; 알콜 및 추 가 피드를 포함한 제 2 기체 증기를 SCTR로 별도 통과시킨다. 추가적으로, 피드는 증기와 같은 보조제 또는 비활성기체(예를 들어, 질소, 아르곤 또는 이산화탄소)와 같은 희석제를 포함한다.Useful to pass a first gaseous vapor comprising propane or isobutane and oxygen molecules to the SCR, then passing the corresponding alkene gaseous vapor to the SCTR; A second gaseous vapor containing alcohol and additional feeds is passed separately to the SCTR. In addition, the feed may comprise auxiliaries such as steam or diluents such as inert gases (eg nitrogen, argon or carbon dioxide).

본 발명에 적용될 수 있는 분자 산소 또는 이산화탄소를 포함한 다른 온화한 산화제의 소스(source)로 산소, 산소가 과량함유된 기체 또는 공기를 예로 들 수 있다. 공기는 특히 회수가 부존재 할 경우에 있어서, 가장 경제적인 산소 소스이다.Examples of sources of other mild oxidants, including molecular oxygen or carbon dioxide, which may be applied to the present invention, include oxygen, oxygen-rich gases, or air. Air is the most economical source of oxygen, especially in the absence of recovery.

다른 제 1 촉매는 실험식 MoaVbMcNdQeXfOg를 갖는 혼합된 금속 산화물 촉매를포함할 수 있다;Another first catalyst may comprise a mixed metal oxide catalyst having the empirical formula Mo a V b M c N d Q e X f O g ;

여기서 M은 Te 및 Sb로 구성된 그룹으로부터 선택된 원소이고,Where M is an element selected from the group consisting of Te and Sb,

N은 Nb, Ta, W, Ti, Al, Zr, Cr, Mn, B, In, As, Ge, Sn, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Hf 및 P로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소이며,N is Nb, Ta, W, Ti, Al, Zr, Cr, Mn, B, In, As, Ge, Sn, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, At least one element selected from the group consisting of Hf and P,

Q는 주기율표의 그룹 8로부터 선택된 적어도 하나의 원소이고;Q is at least one element selected from group 8 of the periodic table;

X는 Pd 및 Bi로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소이며;X is at least one element selected from the group consisting of Pd and Bi;

a,b,c,d, e, f 및 g는 원소의 상대 원자량을 나타내고a, b, c, d, e, f and g represent the relative atomic weights of the elements

a=1, b=0.01 내지 1.0, c= 0.01 내지 1.0, d=0.01 내지 1.0, e=0.001 내지 1.0, f=0.001 내지 1.0 및 g는 산소 이외 다른 원자의 산화상태에 따라 의존한다.a = 1, b = 0.01 to 1.0, c = 0.01 to 1.0, d = 0.01 to 1.0, e = 0.001 to 1.0, f = 0.001 to 1.0 and g depend on the oxidation state of atoms other than oxygen.

불꽃 온도에서, 혼합된 금속 산화물 촉매의 Mo 또는 Te를 포함한 특정 금속 성분은 남아 있는 다른 혼합된 금속 산화 촉매, 금속간 촉매 및 그의 히브리드 촉매를 휘발시킨다. At the flame temperature, certain metal components, including Mo or Te, of the mixed metal oxide catalysts volatilize the remaining mixed metal oxidation catalysts, intermetallic catalysts, and their hybrid catalysts.

또 다른 제1 촉매는 Mo, V, Nb 및/또는 Ta를 포함한 포스페이트 촉매를 포함한다(참고, Japanese Laid-Open Patent Application Publication No. 06-199731 A2)Another first catalyst includes phosphate catalysts including Mo, V, Nb and / or Ta (see Japanese Laid-Open Patent Application Publication No. 06-199731 A2).

또 다른 제 1 촉매는 구조식 PaMobVcBidXeYfZgOh을 가지는 혼합된 금속 산화물을 포함하고, 여기서 X는 As, Sb, Si, B, Ge 또는 Te이고; Y는 K, Cs, Rb, 또는 Tl이며; Z는 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Al, Ga, In, Sn, Zn, Ce, Y 또는 W이고; a, b, c, d, e, f, g 및 h 는 원소의 상대적인 원자량이며; b=12일 때, 0<a≤3, c=0-3, 0<d≤3, 0<e≤3, f= 0-3, g=0-3 및 h는 다른 원소의 산화상태에 의존한다(참고, Japanese Laid-Open Patent Application Publication No. 09-020700 A2).Another first catalyst comprises a mixed metal oxide having the structure P a Mo b V c Bi d X e Y f Z g O h , wherein X is As, Sb, Si, B, Ge or Te; Y is K, Cs, Rb, or Tl; Z is Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Al, Ga, In, Sn, Zn, Ce, Y or W; a, b, c, d, e, f, g and h are the relative atomic weights of the elements; When b = 12, 0 <a≤3, c = 0-3, 0 <d≤3, 0 <e≤3, f = 0-3, g = 0-3 and h are in the oxidation state of other elements (See Japanese Laid-Open Patent Application Publication No. 09-020700 A2).

다른 대체 혼합 금속 산화물 촉매가 주로 유용하게 사용될 수 있으며, 그 촉매는 상세한 설명의 앞 부분에서 설명되었다.Other alternative mixed metal oxide catalysts can be used primarily usefully, which catalysts are described earlier in the description.

제 2 촉매는 에틸렌계 불포화 카르복실산을 그에 대응하는 에스테르로 촉매 전환하는데 유용하다.The second catalyst is useful for catalytic conversion of ethylenically unsaturated carboxylic acids to their corresponding esters.

제 2 촉매는 수퍼산(superacid)를 포함한다. Gillespie의 정의에 따라, 수퍼산은 100% 황산 보다 더 강한 산, 즉, Hammett의 산도 값이 H0 < -12값을 가지는 것을 의미한다. 대표적인 수퍼산에는 지올라이트(zeolite) 지지된 TiO2/(SO4)2, (SO4)2/ZrO2-TiO2, (SO4)2/ZrO2-Dy2O3, (SO4)2/TiO2, (SO4)2/ZrO2-NiO, SO4/ZrO2, SO4/ZrO2Al2O3, (SO4)2/Fe2O3, (SO4)2/ZrO2, C4F9SO3H-SbF5, CF3SO3H-SbF5, Pt/설페이트 지르코늄 옥시드, HSO3F-SO2ClF, SbF5-HSO3F-SO2ClF, MF5/AlF3(M=Ta, Nb, Sb), B(OSO2CF3)3, B(OSO2CF3)3-CF3SO3H, SbF5-SiO2-Al2O3, SbF5-TiO2-SiO2 및 SbF5-TiO2를 포함하나 이로 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 고체 수퍼산이 활용되며, 예를 들어, 설페이트 옥시드 지지된 루이스산 및 설페이트 옥시드 지지된 액체 수퍼산이 있다. 단지 ZrO2, TiO2, HfO2, Fe2O3 및 SnO2를 포함하는 산화물의 작은 수만이 설페이션(sulfation)에서 수퍼산 사이트(site)를 형성한다. 산 사이트는 이 원소의 비결정질의 옥시히드레이트(oxyhydrate)에 H2SO4 또는 (NH4)2SO4로 처리 및 500 내지 650 ℃의 온도에서 생성물을 소성하여 생성한다. 소성 동안에, 산화물은 결정형 정방정계 상으로 변형되고, 그것은 작은 수의 설페이트 그룹에 의해 덮혀진다. H2MoO4 또는 H2W04가 산화물을 활성시키는데 사용될 수 있다.The second catalyst comprises a superacid. According to Gillespie's definition, super acid means that the acidity value of Hammett, which is stronger than 100% sulfuric acid, has a H 0 <−12 value. Representative superacids include zeolite supported TiO 2 / (SO 4 ) 2 , (SO 4 ) 2 / ZrO 2 -TiO 2 , (SO 4 ) 2 / ZrO 2 -Dy 2 O 3 , (SO 4 ) 2 / TiO 2 , (SO 4 ) 2 / ZrO 2 -NiO, SO 4 / ZrO 2 , SO 4 / ZrO 2 Al 2 O 3 , (SO 4 ) 2 / Fe 2 O 3 , (SO 4 ) 2 / ZrO 2 , C 4 F 9 SO 3 H-SbF 5 , CF 3 SO 3 H-SbF 5 , Pt / sulfate zirconium oxide, HSO 3 F-SO 2 ClF, SbF 5 -HSO 3 F-SO 2 ClF, MF 5 / AlF 3 (M = Ta, Nb, Sb), B (OSO 2 CF 3 ) 3 , B (OSO 2 CF 3 ) 3 -CF 3 SO 3 H, SbF 5 -SiO 2 -Al 2 O 3 , SbF 5 -TiO 2 -SiO 2 and SbF 5 -TiO 2 , but are not limited thereto. Preferably solid super acids are utilized, for example sulfate oxide supported Lewis acids and sulfate oxide supported liquid super acids. Only a small number of oxides, including ZrO 2 , TiO 2 , HfO 2 , Fe 2 O 3 and SnO 2 , form super acid sites in the sulfate. Acid sites are produced by treatment with amorphous oxyhydrate of this element with H 2 SO 4 or (NH 4 ) 2 SO 4 and calcining the product at temperatures between 500 and 650 ° C. During firing, the oxide deforms into the crystalline tetragonal phase phase, which is covered by a small number of sulfate groups. H 2 MoO 4 or H 2 WO 4 can be used to activate the oxide.

또 다른 대체 촉매는 미국 특허 제 3,825,600; 3,649,930 및 4,339,335호에 개시된 것과 같은 잘 알려진 몰리브데늄(molybdenum), 비스무스, 철을 기초하여 혼합된 금속 산화물을 포함한다.Another alternative catalyst is described in U.S. Patent Nos. 3,825,600; Metal oxides mixed on the basis of well-known molybdenum, bismuth, iron, such as those disclosed in 3,649,930 and 4,339,335.

다른 구체예에서, 다음과 같은 방법을 포함한, 불포화 카르복실산의 에스테르를 생산하기 위한 다단계 방법을 제공한다: 알칸 및 분자 산소를 포함한 제1 기체 증기를 반응기에 통과시키고; 알콜을 포함한 제2 기체 증기를 반응기에 통과시키며; 알칸을 알콜이 있는 그에 대응되는 불포화 카르복실산의 에스테를 산화시키는데 누적 효과적인 하나 이상의 산화 촉매를 포함하는 반응기; 알칸을 그에 대응 하는 알켄으로 산화시키는데 효과적인 제1 촉매, 알켄을 그에 대응하는 불포화 알데히드로 산화시키는데 효과적인 제 2 촉매, 및 불포화 알데히드를 알콜의 존재하에, 알콜이 있는 그에 대응되는 불포화 카르복실산의 에스테르로 산화시키는데 효과적인 제 3 촉매를 포함하는 하나 이상의 산화 촉매; 제1 촉매는 제1 반응 존에 배치되고; 제2 촉매는 제2 반응 존에 배치되며; 제 3 촉매는 제 3 반응 존에 배치되고; 제1 반응 존은 반응기를 통과하는 제1 기체 증기의 흐름 방향과 관련하여 제2 반응 존의 상위 부분에 배치되고; 제 2 반응 존은 반응기를 통과하여 제1 기체 증기의 흐름 방향과 관련하여 제3 반응 존의 상류 부분에 배치되며; 제2 기체 증기는 제2 반응 존 및 제3 반응 존을 중개하는 반응기로 피드되고; 제 1 반응 존은 100밀리초 이하의 제1 반응 존 체류시간 및 500 내지 900℃의 온도에서 작동되며; 제 2 반응 존은 100밀리초 이하의 제2 반응 존 체류시간 및 300 내지 400℃에서 작동되고; 제 3 반응 존은 100밀리초 이하의 제3 반응 존 시간 및 100 내지 300℃의 온도에서 작동된다.In another embodiment, a multistage process for producing esters of unsaturated carboxylic acids is provided, including: passing a first gas vapor comprising alkanes and molecular oxygen through a reactor; Passing a second gas vapor containing alcohol through the reactor; A reactor comprising at least one oxidation catalyst cumulatively effective to oxidize the alkane to the ester of the corresponding unsaturated carboxylic acid with alcohol; Esters of the first catalyst effective for oxidizing the alkanes to their corresponding alkenes, the second catalyst effective for oxidizing the alkenes to their corresponding unsaturated aldehydes, and unsaturated aldehydes in the presence of alcohols, with the corresponding unsaturated carboxylic acids with alcohols At least one oxidation catalyst comprising a third catalyst effective to oxidize with; The first catalyst is disposed in the first reaction zone; The second catalyst is disposed in the second reaction zone; The third catalyst is disposed in the third reaction zone; The first reaction zone is disposed in an upper portion of the second reaction zone in relation to the flow direction of the first gas vapor passing through the reactor; The second reaction zone is disposed upstream of the third reaction zone with respect to the flow direction of the first gas vapor through the reactor; The second gas vapor is fed into the reactor which mediates the second reaction zone and the third reaction zone; The first reaction zone is operated at a first reaction zone residence time of less than 100 milliseconds and at a temperature of 500 to 900 ° C .; The second reaction zone is operated at a second reaction zone residence time of less than 100 milliseconds and from 300 to 400 ° C; The third reaction zone is operated at a third reaction zone time of 100 milliseconds or less and at a temperature of 100 to 300 ° C.

본 발명의 이 측면에서, 프로판 또는 이소 부탄 및 분자 산소를 포함한 제 1 기체 증기를 SCR로 통과하는 것 및 그 대응 알켄 기체 증기를 SCTR로 통과시키 것이 유용하다; 그리고 알콜을 포함한 제 2 기체 증기를 SCTR로 별도로 통과시키는것이 유용하다. 추가로, 피드는 증기와 같은 보조제 또는 비활성 기체(질소, 아르곤과 같은)와 같은 희석제 또는 이산화 탄소와 같은 추가적 산화제를 포함할 수 있다. In this aspect of the invention, it is useful to pass a first gaseous vapor comprising propane or isobutane and molecular oxygen to the SCR and to pass the corresponding alkene gaseous vapor to the SCTR; And it is useful to separately pass a second gas vapor containing alcohol into the SCTR. In addition, the feed may include auxiliaries such as steam or diluents such as inert gases (such as nitrogen, argon) or additional oxidants such as carbon dioxide.

방법 중에 적용될 수 있는 분자 산소 또는 이산화탄소를 포함한 온화한 산화 제의 소스로서 산소, 산소가 다량 함유된 기체 또는 공기를 예로 들 수 있다. 공기는 특히, 재회수가 부존재 하는 경우에, 산소의 가장 경제적인 소스일 수 있다.Examples of sources of mild oxidants, including molecular oxygen or carbon dioxide, which can be applied during the process, are oxygen, oxygen-rich gases or air. Air may be the most economical source of oxygen, especially in the absence of reclaim.

알맞은 촉매는 이전에 서술한 각각의 촉매로부터 선택된다. 다른 촉매 성분은 주기율표의 그룹 8로부터 선택된 금속으로 프로모트된(promote) 환원가능한 금속 산화물을 포함하여, 3차원 지지체 구조 위에 지지된다. Suitable catalysts are selected from each of the catalysts described previously. Other catalyst components are supported on a three-dimensional support structure, including a reducible metal oxide promoted with a metal selected from group 8 of the periodic table.

지지체 구조는 3차원이며, 즉, 지지체는 데카르트 좌표계의 x, y 및 z 직교축에 따른 차원이고, 단위 부피당 상대적으로 고 표면적을 제공한다. 비록 하나의 구체예에서 더 적은 및 더 많은 양이 가능하지만, 지지체 구조는 0.01 내지 50m2/g 의 표면 면적을 나타내고, 바람직하게는 0.1 내지 10 m2/g 이다. The support structure is three-dimensional, that is, the support is dimensioned along the x, y and z orthogonal axes of the Cartesian coordinate system and provides a relatively high surface area per unit volume. Although smaller and larger amounts are possible in one embodiment, the support structure exhibits a surface area of 0.01 to 50 m 2 / g, preferably 0.1 to 10 m 2 / g.

바람직하게, 지지체 구조는 다공성 구조를 가지고, 1 내지 95%의 공극 부피 퍼센트를 나타내며, 바람직하게는 5 내지 80%, 더 바람직하게는 10 내지 50 %이다. 그래서, 지지체 구조는 약한 압력 드롭(drop)에 상대적으로 높은 피드 속도를 허용한다. Preferably, the support structure has a porous structure and exhibits a void volume percentage of 1 to 95%, preferably 5 to 80%, more preferably 10 to 50%. Thus, the support structure allows for a high feed rate relative to a weak pressure drop.

게다가, 지지체 구조는 촉매 무게 하에서 분열되지 않기 위해, 촉매 및 지지체 구조의 혼합 무게의 거의 100%까지의 범주까지도 분열되지 않기 위해 충분히 강하다. 더 바람직하게, 지지체 구조는 혼합무게의 적어도 60%이다. 더 바람직하게는 혼합무게의 70 내지 99.99%이다. 심지어 더 바람직하게, 지지체 구조는 혼합무게의 90 내지 99.9%이다.In addition, the support structure is strong enough not to break up under the catalyst weight, so that up to almost 100% of the mixed weight of the catalyst and support structure does not break up. More preferably, the support structure is at least 60% of the mixing weight. More preferably 70 to 99.99% of the mixed weight. Even more preferably, the support structure is 90 to 99.9% of the mixed weight.

지지체 구조의 정확한 물리적 형태는 상기에서 언급한 일반적 기준에 충족하는 한 특별히 중요하지 않다. 적당한 물리적 형태의 예에는 폼, 벌집모양, 격자, 메쉬(mesh), 단일암체(monolith), 짜여진 직물(woven fiber), 짜여 지지 않은 직물, 거즈, 구멍난 물질(예를 들어, 호일), 임자 컴팩트, 섬유성 매트 및 이들의 혼합물을 포함한다. 지지체에서, 전형적으로 하나 이상의 개방된 셀이 구조에 포함되어 있어야한다. 셀 크기는 원하는 것에 따라, 셀 밀도, 셀 표면적, 개방 앞 면적 및 다른 대응되는 차원에 따라 다양화될 수 있다. 예를 들어, 하나의 그런 구조는 적어도 75%의 개방 앞 면적을 가진다. 셀의 모양은 다양할 수 있고, 다각형 모양, 원, 타원 등을 포함할 수 있다.The exact physical form of the support structure is not particularly important as long as it meets the general criteria mentioned above. Examples of suitable physical forms include foams, honeycombs, grids, meshes, monoliths, woven fibers, woven fabrics, gauze, perforated materials (eg foils), tenants Compact, fibrous mats and mixtures thereof. In the support, typically at least one open cell should be included in the structure. Cell size can be varied as desired, depending on cell density, cell surface area, open front area, and other corresponding dimensions. For example, one such structure has an open front area of at least 75%. The shape of the cell may vary and may include polygonal shapes, circles, ellipses, and the like.

지지체 구조는 촉매 반응의 반응 환경에 비활성이 물질로 제조되어 질 수 있다. 적당한 물질은 실리카, 알루미나, 실리카-알루미나, 알루미노실리케이트, 지르코니아, 티타니아, 보리아(boria), 물리트(mullite), 리튬 알루니늄 실리케이트, 옥시드-결합된 실리콘 카르비드, 또는 그의 혼합물과 같은 세라믹을 포함한다. (다르게, 촉매는 지지체 구조 그 자체로 정의되는 것으로, 예를 들어 "그린(green)" 컴팩팅(압축) 또는 다른 적당한 기술에 의해 제조될 수 있다.)The support structure can be made of a material that is inert to the reaction environment of the catalytic reaction. Suitable materials include silica, alumina, silica-alumina, aluminosilicate, zirconia, titania, boria, mullite, lithium aluminium silicate, oxide-bonded silicon carbide, or mixtures thereof. Contains the same ceramics. (Alternatively, the catalyst is defined by the support structure itself, and can be produced, for example, by "green" compacting (compression) or other suitable technique.)

촉매는 적절한 당업계에 공지된 기술을 사용하여 지지체 구조에 적용될 수 있다. 예를 들어, 촉매는 기체 용착(deposite)(예를 들어, 스퍼털링(sputtering), 플라즈마 용착 또는 기체 용착의 다른 형태)될 수 있다. 촉매는 그위에 코팅될 수 있다(예를 들어, 지지체를 촉매의 용액, 슬러리, 서스펜션 또는 분산으로 워시 코팅함에 의해). 지지체는 촉매 파우더로 코팅될 수 있다(즉, 파우더 코팅).(다르게, 지지체 구조는 그것 자체로 촉매인 촉매의 "그린 " 바디(body)가 바람직한 구조를 생산하기 위해 압축될 수 있다.)The catalyst can be applied to the support structure using techniques known in the art. For example, the catalyst may be gas deposited (eg, sputtering, plasma welding or other forms of gas deposition). The catalyst may be coated thereon (eg, by wash coating the support with a solution, slurry, suspension or dispersion of the catalyst). The support may be coated with catalyst powder (ie, powder coating). (Alternatively, the support structure may be compressed to produce a desired structure in which the "green" body of the catalyst, which is itself a catalyst.)

알맞은 제1 촉매는 앞에서 설명한 촉매로부터 선택된다. 대체의 제1 촉매Suitable first catalyst is selected from the catalysts described above. Alternative first catalyst

또한 이전에 설명한 촉매로부터 선택된다. 대체의 제 촉매는 2성분의, 3성분의, 4성분 이상의 금속 산화물 일 수 있다. 환원가능한 금속 산화물은 Cu, Cr, V, Mn, Nb, Mo, W, Re, Ga, Ge, In, Sn, Sb, Tl, Pb, Bi, Te, As, Se, Zn, Y, Zr, Ta, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu 및 그의 혼합물로 부터 구성된 그룹으로부터 선택되는 산화물 일 수 있다. 바람직하게 환원 가능한 금속 산화물은 Cu, Cr, V, Mn, Zn, 및 그의 혼합물로부터 구성된 그룹으로부터 선택된다. 프로모토는 원소 주기율표의 그룹 8의 금속(Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd 및 Pt)부터 선택된 금속이고, 바람직하게는 Pt, Pd, Rh, Ir, Ru 및 그의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 프로모터(promoter)는 바람직하게는 촉매 조성물(프로모터 더하기 환원가능한 금속 산화물)의 0.0001 내지 10wt%의 양으로 존재하고, 더 바람직하게는 촉매 조성물의 0.001 내지 5 중량%, 및 더 바람직하게는 촉매 조성물의 0.01 내지 2중량%으로 존재한다.It is also selected from the catalysts described previously. The alternative catalyst may be a bicomponent, tricomponent, tetracomponent or more metal oxide. Reducible metal oxides are Cu, Cr, V, Mn, Nb, Mo, W, Re, Ga, Ge, In, Sn, Sb, Tl, Pb, Bi, Te, As, Se, Zn, Y, Zr, Ta , Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, and mixtures thereof. Preferably the reducible metal oxide is selected from the group consisting of Cu, Cr, V, Mn, Zn, and mixtures thereof. Promoto is a metal selected from the group 8 metals of the Periodic Table of the Elements (Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd and Pt), preferably Pt, Pd, Rh, Ir, Ru and mixtures thereof. It is selected from the configured group. The promoter is preferably present in an amount of 0.0001 to 10 wt% of the catalyst composition (promoter plus reducible metal oxide), more preferably 0.001 to 5 wt% of the catalyst composition, and more preferably of the catalyst composition Present in 0.01 to 2% by weight.

알맞은 제2 촉매는 이전에 설명한 촉매로부터 선택된다. 대체 제2 촉매는 미국 특허 제 3,825,600; 3,649,930 및 4,339,335호에 개시된 것과 같은 잘 알려진 몰리브데늄(molybdenum), 비스무스, 철이 기초로 혼합된 금속 산화물을 포함한다.Suitable second catalysts are selected from those previously described. Alternative second catalysts are disclosed in U.S. Patent Nos. 3,825,600; Metal oxides mixed on a well-known molybdenum, bismuth, iron basis as disclosed in 3,649,930 and 4,339,335.

알맞은 제 3 촉매는 이전에 설명한 촉매로부터 선택된다. 제 3 촉매는 수퍼산을 포함한다. 수퍼산은 Gillespie의 정의에 따라, 수퍼산은 100% 황산 보다 더 강한 산, 즉, Hammett의 산도 값이 H0 < -12값을 가지는 것을 의미한다. 대표적인 수퍼산에는 지올라이트(zeolite) 지지된 TiO2/(SO4)2, (SO4)2/ZrO2-TiO2, (SO4)2/ZrO2- Dy2O3, (SO4)2/TiO2, (SO4)2/ZrO2-NiO, SO4/ZrO2, SO4/ZrO2Al2O3, (SO4)2/Fe2O3, (SO4)2/ZrO2, C4F9SO3H-SbF5, CF3SO3H-SbF5, Pt/설페이트 지르코늄 옥시드, HSO3F-SO2ClF, SbF5-HSO3F-SO2ClF, MF5/AlF3(M=Ta, Nb, Sb), B(OSO2CF3)3, B(OSO2CF3)3-CF3SO3H, SbF5-SiO2-Al2O3, SbF5-TiO2-SiO2 및 SbF5-TiO2를 포함하나 이로 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 고체 수퍼산이 활용되며, 예를 들어, 설페이트 옥시드 지지된 루이스산 및 설페이트 옥시드 지지된 액체 수퍼산이 있다. 단지 ZrO2, TiO2, HfO2, Fe2O3 및 SnO2를 포함하는 산화물의 작은 수만이 설페이션(sulfation)에서 수퍼산 사이트(site)를 형성한다. 산 사이트는 이 원소의 비결정질의 옥시히드레이트(oxyhydrate)에 H2SO4 또는 (NH4)2SO4로 처리 및 500 내지 650 ℃의 온도에서 생성물을 소성하여 생성한다. 소성 동안에, 산화물은 결정형 정방정계 상으로 변형되고, 그것은 작은 수의 설페이트 그룹에 의해 덮혀진다. H2MoO4 또는 H2W04가 산화물을 활성시키는데 사용될 수 있다.Suitable third catalyst is selected from the catalysts described previously. The third catalyst comprises a super acid. Superacids, according to Gillespie's definition, are super acids that are stronger than 100% sulfuric acid, that is, the Hammett acidity value is H 0. <-12 means to have a value. Representative superacids include zeolite supported TiO 2 / (SO 4 ) 2 , (SO 4 ) 2 / ZrO 2 -TiO 2 , (SO 4 ) 2 / ZrO 2 -Dy 2 O 3 , (SO 4 ) 2 / TiO 2 , (SO 4 ) 2 / ZrO 2 -NiO, SO 4 / ZrO 2 , SO 4 / ZrO 2 Al 2 O 3 , (SO 4 ) 2 / Fe 2 O 3 , (SO 4 ) 2 / ZrO 2 , C 4 F 9 SO 3 H-SbF 5 , CF 3 SO 3 H-SbF 5 , Pt / sulfate zirconium oxide, HSO 3 F-SO 2 ClF, SbF 5 -HSO 3 F-SO 2 ClF, MF 5 / AlF 3 (M = Ta, Nb, Sb), B (OSO 2 CF 3 ) 3 , B (OSO 2 CF 3 ) 3 -CF 3 SO 3 H, SbF 5 -SiO 2 -Al 2 O 3 , SbF 5 -TiO 2 -SiO 2 and SbF 5 -TiO 2 , but are not limited thereto. Preferably solid super acids are utilized, for example sulfate oxide supported Lewis acids and sulfate oxide supported liquid super acids. Only a small number of oxides, including ZrO 2 , TiO 2 , HfO 2 , Fe 2 O 3 and SnO 2 , form super acid sites in the sulfate. Acid sites are produced by treatment with amorphous oxyhydrate of this element with H 2 SO 4 or (NH 4 ) 2 SO 4 and calcining the product at temperatures between 500 and 650 ° C. During firing, the oxide deforms into the crystalline tetragonal phase phase, which is covered by a small number of sulfate groups. H 2 MoO 4 or H 2 WO 4 can be used to activate the oxide.

본 발명의 다른 구체예에서, 다음과 같은 방법을 포함한, 불포화 카르복실산의 에스테르를 생산하기 위한 다단계 방법을 제공한다: 불포화 알데히드를 알콜과 반응하여 아세탈을 형성시키고; 형성된 아세탈 및 산소분자를 포함한 기체 증기를 반응기에 통과시며; 그 반응기는 아세탈을 그에 대응하는 에스테르로 산화시키는데 효과적인 적어도 하나의 촉매를 포함하고 있고; 반응기는 100밀리초 이하의 반응기 체류시간 및 300 내지 1000℃의 온도에서 작동된다.In another embodiment of the present invention, there is provided a multi-step process for producing esters of unsaturated carboxylic acids, including the following methods: reacting unsaturated aldehydes with alcohols to form acetals; Passing the gas vapor including the formed acetal and oxygen molecules through the reactor; The reactor comprises at least one catalyst effective to oxidize acetal to its corresponding ester; The reactor is operated at reactor residence time of less than 100 milliseconds and at temperatures of 300 to 1000 ° C.

본 발명의 다른 구체예에서, 알콜을 불포화 알데히드와 반응하여 아세탈을 형성시킨다. 그런 반응은 무수산(예를 들어 무수 염산)의 작은 양 존재하에 무수의 알콜 과량과 접촉시켜 수행된다. 바람직하게, 알데히드 및 알콜은 산 촉매를 포함한 베드, 예를 들어, 강산 이온 교환 수지(Amberlyst 15와 같은)를 통과시킨다. In another embodiment of the present invention, the alcohol is reacted with unsaturated aldehyde to form acetal. Such reactions are carried out by contacting with an excess of anhydrous alcohol in the presence of a small amount of anhydrous acid (eg hydrochloric anhydride). Preferably, the aldehyde and the alcohol pass through a bed containing an acid catalyst, for example a strong acid ion exchange resin (such as Amberlyst 15).

그렇게 형성된 아세탈 및 분자 산소를 아세탈을 그에 대응되는 에스테르로 산화시키는데 효과적인 적어도 하나의 촉매를 포함한 반응기에 피드한다. 그 촉매의 예로 알루미나 또는 V 산화물 위의 Pd 및 Bi를 포함한다. The acetal and molecular oxygen so formed are fed to a reactor comprising at least one catalyst effective to oxidize the acetal to its corresponding ester. Examples of the catalyst include Pd and Bi on alumina or V oxide.

본 발명의 측면에서, 본 발명에 적용될 수 있는 분자 산소의 소스의 예로 산소, 산소가 다량 함유된 기체, 또는 공기가 있다. 공기는 특히, 재회수가 부존재 할때 가장 경제적인 산소의 소스일 수 있다. In the aspect of the present invention, examples of the source of molecular oxygen that can be applied to the present invention are oxygen, a gas containing a large amount of oxygen, or air. Air can be the most economical source of oxygen, especially in the absence of reclaim.

본 발명의 다른 구체예에서, 불포화 알데히드는 알켄을 그에 대응하는 알데히드로 산화하여 형성된다. 이 산화는 알루미나 또는 V 산화물 위의 Pd 및 Bi와 같은 산화 촉매의 존재하에 알칸의 기체 산화로서 효과적일 수 있다. In another embodiment of the invention, unsaturated aldehydes are formed by oxidation of alkenes with their corresponding aldehydes. This oxidation can be effective as gas oxidation of alkanes in the presence of oxidation catalysts such as Pd and Bi on alumina or V oxides.

실시예Example

비교예 1 MoaVbMcNdQeXfOg위에 함침된 Pt를 알루미나 포옴(foam)위로 워시 코팅 Comparative Example 1 Wash coating Pt impregnated on Mo a V b M c N d Q e X f O g onto alumina foam

암모늄 헵타몰리브데이트 테트라히드레이트(1.0M Mo), 암모늄 메타바나데이트(0.3M V) 및 테루르산(0.23M Te)을 포함한 수용액(200mL)은 70℃, 물에서 그 대응하는 염을 용해하여 만들어 졌으며, 그것을 2000mL 로타뱁(rotavap) 플라스크에 담았다. 암모늄 니오비늄 옥살레이트(0.17M Nb), 옥살산(0.155M), 팔라듐 니트레이트 히드레이트(0.01M Pd) 및 질산(0.24M HNO3)의 수용액 200mL를 그곳에 첨가하였다. 물 베스 온도 50℃ 및 28mmHg 조건 하에 회전 증발기로 물을 제거한 후에, 고체 물질을 추가로 25℃의 진공 오븐에서 밤새도록 추가로 건조시킨 후, 소성하였다(대기중에 고체 물질을 놓고 10℃/min으로 275℃까지 가열시키고, 대기 중에서 275℃에서 한 시간 동안 유지하고; 그 후 대기를 아르곤으로 바꾸고 그 물질을 275℃에서 2℃/min으로 600℃까지 가열하고, 그 물질을 2시간 동안 600℃에서 아르곤 하에서 소성하였다.) 최종 촉매는 Mo1.0V0.3Te0.23Nb0.17Pd0.01Ox의 조성물을 가진다. 촉매 30g을 연마하고 물중 30% 옥살산의 100mL 용액을 첨가한다. 그 결과 서스펜션을 파르(Parr) 반응기에서 125℃로 5시간 동안 교반하였고, 그때 고체를 중력 여과(gravity filtration)에 의해 수집하고 밤새도록 진공 오븐, 25℃에서 건조하였다.An aqueous solution (200 mL) containing ammonium heptamolybdate tetrahydrate (1.0 M Mo), ammonium metavanadate (0.3 MV) and teruric acid (0.23 M Te) was made by dissolving the corresponding salt in 70 ° C., water. It was taken and placed in a 2000 mL rotavap flask. 200 mL of an aqueous solution of ammonium niobium oxalate (0.17 M Nb), oxalic acid (0.155 M), palladium nitrate hydrate (0.01 M Pd) and nitric acid (0.24 M HNO 3 ) was added thereto. After the water was removed with a rotary evaporator under a water bath temperature of 50 ° C. and 28 mm Hg, the solid material was further dried overnight in a vacuum oven at 25 ° C. and then fired (with the solid material in air at 10 ° C./min). Heat to 275 ° C. and hold in air at 275 ° C. for one hour; then change the atmosphere to argon and heat the material to 600 ° C. at 275 ° C. to 2 ° C./min and heat the material at 600 ° C. for 2 hours. Calcined under argon.) The final catalyst has a composition of Mo 1.0 V 0.3 Te 0.23 Nb 0.17 Pd 0.01 O x . Grind 30 g of catalyst and add 100 mL solution of 30% oxalic acid in water. As a result the suspension was stirred for 5 hours at 125 ° C. in a Parr reactor, at which time the solid was collected by gravity filtration and dried overnight in a vacuum oven, 25 ° C.

75 마이크론 이하의 크기인 상기로부터 건조된 물질을 플라틴산의 수용액이 있는 초기 습기로 함침시켜 Mo와 관련하여 Pt 0.01 몰을 로딩한다. 과량의 물을 50℃의 온도 및 28mmHg의 압력하에서 회전 증발기를 이용하여 제거하였고, 2시간 동안 100cc/min의 아르곤 흐름 하에 600℃에서 석영 튜브에서 소성하였다. 그결과 물질을 연마하고, 75마이크론 이하의 크기로 하고, 아세톤(1g/10cc)에 서스펜션시키고, 30분간 소니케이션시켰다. 45ppi 알파 알루미늄 포옴(12mm 직경 및 0.5 cm 두께의 디멘젼의 Vesuvius Hi-Tech)을 교반 중인 촉매/아세톤 서스펜션 속에 담그고, 워시 코팅된 포옴(foam)을 위해 더 이상 질량 부가물이 관찰되지 않을 때까지 질소 하, 실온에서 여러 번 건조시켰다. 포옴의 다른 측면은 포옴의 구멍을 클로깅(clogging)을 막는 워시 코팅 각각의 사이클 동안 오리엔트시켰다(orient). 그 결과 워시 코팅은 0.112g 이었고, 20 중량% 촉매가 되었다.Subsequently dried material above 75 microns in size is impregnated with initial moisture with an aqueous solution of platinum acid to load 0.01 mole of Pt in relation to Mo. Excess water was removed using a rotary evaporator at a temperature of 50 ° C. and a pressure of 28 mm Hg and calcined in a quartz tube at 600 ° C. under an argon flow of 100 cc / min for 2 hours. As a result, the material was polished, 75 microns or less in size, suspended in acetone (1 g / 10 cc), and sonicated for 30 minutes. A 45 ppi alpha aluminum foam (Vesuvius Hi-Tech, 12 mm diameter and 0.5 cm thick dimension) is immersed in the stirring catalyst / acetone suspension, and nitrogen is no longer observed until mass additives are observed for the wash coated foam. It was then dried several times at room temperature. The other side of the foam was oriented during each cycle of wash coating preventing clogging of the foam. The result was a wash coating of 0.112 g and 20 wt% catalyst.

비교예 2 α-알루미나 포옴 모노리스(monolith)위에 지지된 Pt/In산화물 Comparative Example 2 Pt / In Oxide Supported on α-Alumina Foam Monolith

알파-Al2O3 포옴 모노리스(인치당 45 포어(pore))를 촉매 두 세트 준비하기위한 지지체로 적용하였다. 6개 촉매를 포함한 제 1 세트는 표 1에서 특정된 다양한 비율의 백금 및 인디늄 산화물로 형성하였다. 8%의 H2PtCI6(플라틴산)의 5개의 수용액은 다양한 양의 In(NO3)3ㆍ5H2O를 스파이크(spike)하여 표 1에서 특정된 백금: 인디늄의 혼합물을 생성하였다. 이 혼합물을 균일한 용액으로 될 때까지 40℃ 에서 교반하였다(대략 30분 동안). 5개 혼합물의 각각에 대해 3개의 모노리스를 얻었다. 1시간 동안 실온에서 대응하는 용액 속에서 모노리스를 담그고, 건조 단계를 거치고(100℃, 1 시간, 질소하에서), 소성단계를 거쳐(600℃, 4시간, 공기중)서 촉매를 준비하였다. 이 과정을 두 번 반복하였다("pearl" 과정). 상기 계열(Pt: In= 1 : 1.78)의 하나의 촉매는 다른 방법 "연속적 코팅 방법"을 통해 준비하였다. 이 방법에서, 모노리스는 1시간 동안 인디늄 니트레이트 용액으로 우선 처리하고, 상기에서 언급한 대로 건조 및 소성 단계를 수행하였다. 이것은 백금 코팅 단계에 의해 수행되었다. 질량 및 % 금속 로딩을 표 1에 요약해두었다.Alpha-Al 2 O 3 foam monolith (45 pores per inch) was applied as a support to prepare two sets of catalysts. The first set, including six catalysts, was formed from various proportions of platinum and indium oxides as specified in Table 1. Five aqueous solutions of 8% H 2 PtCI 6 (platinic acid) spiked various amounts of In (NO 3 ) 3 .5H 2 O to give a mixture of platinum: indium as specified in Table 1. . The mixture was stirred at 40 ° C. until a homogeneous solution (about 30 minutes). Three monoliths were obtained for each of the five mixtures. The catalyst was prepared by immersing the monolith in the corresponding solution at room temperature for 1 hour, undergoing a drying step (100 ° C., 1 hour, under nitrogen), and firing step (600 ° C., 4 hours, in air). This process was repeated twice (the "pearl" process). One catalyst of this series (Pt: In = 1: 1.78) was prepared via another method “continuous coating method”. In this method, the monolith was first treated with indium nitrate solution for 1 hour, followed by drying and firing steps as mentioned above. This was done by a platinum coating step. Mass and% metal loadings are summarized in Table 1.

표 1. 알루미늄 포옴-백금/인디늄 산화물 촉매Table 1. Aluminum foam-platinum / indium oxide catalysts

Figure 112005064257249-pat00001
Figure 112005064257249-pat00001

*" 연속적 방법"* "Continuous way"

** 3개 모노리스의 무게** Weight of 3 monoliths

비교예 3 α-알루미나 포옴 모노리스(monolith)위에 지지된 Pt/Nb 산화물 Comparative Example 3 Pt / Nb Oxide Supported on α-Alumina Foam Monolith

알파-Al2O3 포옴 모노리스(인치당 45 포어(pore))를 촉매 두 세트 준비하기위한 지지체로 적용하였다. 6개 촉매를 포함한 제 1 세트는 표 2에서 특정된 다양한 비율의 백금 및 니오비늄 산화물로 형성하였다. 8%의 H2PtCI6(플라틴산)의 5개의 수용액에 다양한 양의 암모늄 니오비늄 옥살레이트(0.17M Nb)를 스파이크(spike)하여 표 1에서 특정된 백금: 니오비늄의 혼합물을 생성하였다. 이 혼합물을 균일한 용액으로 될 때까지 40℃에서 교반하였다(대략 30분 동안). 5개 혼합물의 각각에 대해 3개의 모도리스를 얻었다. 1시간 동안 실온에서 대응하는 용액 속에서 모노리스를 담그고, 건조 단계를 거치고(100℃, 1 시간, 질소하에서), 소성단 계를 거쳐(600℃, 4시간, 공기중)서 촉매를 준비하였다. 이 과정을 두 번 반복하였다("pearl" 과정). 그 결과를 표 2에 요약해두었다. Alpha-Al 2 O 3 foam monolith (45 pores per inch) was applied as a support to prepare two sets of catalysts. The first set, including six catalysts, was formed from various proportions of platinum and niobium oxides as specified in Table 2. Five aqueous solutions of 8% H 2 PtCI 6 (platinic acid) were spiked with varying amounts of ammonium niobium oxalate (0.17 M Nb) to give a mixture of platinum: niobinium specified in Table 1. Generated. The mixture was stirred at 40 ° C. until a homogeneous solution (about 30 minutes). Three Modolis were obtained for each of the five mixtures. The catalyst was prepared by immersing the monolith in the corresponding solution at room temperature for 1 hour, undergoing a drying step (100 ° C., 1 hour, under nitrogen), and firing step (600 ° C., 4 hours, in air). This process was repeated twice (the "pearl" process). The results are summarized in Table 2.

표 2. 알루미늄 포옴-백금/니오비늄 산화물 촉매 Table 2. Aluminum Foam-Platinum / Niobium Oxide Catalysts

Figure 112005064257249-pat00002
Figure 112005064257249-pat00002

비교예 4 α-알루미나 포옴 모노리스(monolith)위에 지지된 Pt/Nb/V 산화물 Comparative Example 4 Pt / Nb / V Oxide Supported on α-Alumina Foam Monolith

알파-Al2O3 포옴 모노리스(인치당 45 포어(pore))를 Pd-Nb-V 촉매를 준비하기 위한 지지체로 적용하였다. 8%의 Pd(팔라듐 니트레이트 히드레이트), 2%의 In (인디늄 니트레이트 히드레이트된), 0.4%의 V(암모늄 메타바나데이트), 옥살 ㅅ사산(5 중량%)의 용액을 40℃에서 교반하였다. 농축 질산을 첨가하여 pH 2.0의 균일한 용액을 생성하였다. 1시간 동안 실온에서 대응하는 용액 속에서 모노리스를 담그고, 건조 단계를 거치고(100℃, 1 시간, 질소하에서), 소성단계를 거쳐(600℃, 4시간, 공기중)서 촉매를 준비하였다. 이 과정을 두 번 반복하여 4.7 % 로딩의 결과를 얻었다. Alpha-Al 2 O 3 foam monolith (45 pores per inch) was applied as a support to prepare a Pd-Nb-V catalyst. A solution of 8% Pd (palladium nitrate hydrate), 2% In (indium nitrate hydrated), 0.4% V (ammonium metavanadate), oxal acid tetraacid (5% by weight) was prepared at 40 ° C. Stirred at. Concentrated nitric acid was added to produce a homogeneous solution of pH 2.0. The catalyst was prepared by immersing the monolith in the corresponding solution at room temperature for 1 hour, undergoing a drying step (100 ° C., 1 hour, under nitrogen), and firing step (600 ° C., 4 hours, in air). This process was repeated twice, yielding 4.7% loading.

본 발명의 짧은 접촉 시간 반응기(SCTR, short contact time reactor)에서 촉매를 사용하여 프로판 전환률에 대한 비교 반응기 데이타를 표 3에 나타내었다.Comparative reactor data for propane conversion using a catalyst in the short contact time reactor (SCTR) of the present invention are shown in Table 3.

표3. 본 발명의 비교 촉매 시스템에 대한 SCTR 프로판 데이타Table 3. SCTR propane data for the comparative catalyst system of the present invention

Figure 112005064257249-pat00003
Figure 112005064257249-pat00003

* 모든 촉매는 45ppi 알파-알루미늄 포옴, 5mm 길이 및 12mm 직격으로 위시 코팅되었다.All catalysts were wish coated with 45 ppi alpha-aluminum foam, 5 mm long and 12 mm straight.

표 4는 혼합된 금속 산화물 촉매 및 촉매 시스템을 준비하기 위한 용융염 방법의 물리적 성질을 요약한 것이다.Table 4 summarizes the physical properties of the molten salt process for preparing mixed metal oxide catalysts and catalyst systems.

표 4. 선태된 금속 할라이드의 성질Table 4. Properties of Selected Metal Halides

니오비늄Niobium 바나디늄Vanadium 텔루리늄Tellurium 몰리브데늄Molybdenum salt mp(℃)mp (℃) salt mp(℃)mp (℃) salt mp(℃)mp (℃) salt mp(℃)mp (℃) NbBr5 NbBr 5 265265 TeBr2 TeBr 2 210210 NbCl5 NbCl 5 205205 VCl4 VCl 4 -25.7-25.7 TeCl4 TeCl 4 224224 MoCl5 MoCl 5 194194 NbF5 NbF 5 7272

다단계 촉매 Multistage catalyst 실시예Example 1 One

제 1 촉매를 연료로서 프로판 및 분자 산소에 사용하여, 짧은 접촉 시간에서 프로판이 프로필렌으로 전환하는 온도를 감소시키는 온화한 산화제, 이산화 탄소 및 증기를 생성한다. 연료 및 이산화탄소를 생성하기위해 희생된 프로판의 양은 제 2 촉매 단계(프로판을 프로필렌으로 촉매적으로 탈수소화하는)에 요구되는 열의 양을 생성하기에 충분하다(5 내지 30중량%). 제1 촉매의 예로서 거즈, 메쉬, 와이서 형태의 그룹 8, Pt, Rh, Pd, Ir 및 그의 혼합물로부터 선택된 금속을 포함한다. 그 촉매는 실리카, 알루미나, 실리케이트, 알루니노실리케이트 및 지올리트로부터 선택된 포옴, 모노리스, 코팅된 채널 또는 마이크로반응기를 포함한 3차 구조에 지지되거나 지지되지 않는다. 반응은 밀리초 접촉시간 및 700℃ 초과의 온도에서 수행된다.The first catalyst is used for propane and molecular oxygen as fuel to produce a mild oxidant, carbon dioxide and vapor that reduces the temperature at which propane converts to propylene in a short contact time. The amount of propane sacrificed to produce fuel and carbon dioxide is sufficient to produce the amount of heat required for the second catalytic step (catalyzed dehydrogenation of propane to propylene) (5-30% by weight). Examples of the first catalyst include metals selected from group 8 in the form of gauze, mesh, weiss, Pt, Rh, Pd, Ir and mixtures thereof. The catalyst is supported or unsupported in tertiary structures, including foams, monoliths, coated channels or microreactors selected from silica, alumina, silicates, aluminosilicates and gioliots. The reaction is carried out at millisecond contact time and at temperatures above 700 ° C.

완전한 프로판 산화로부터 생성된 발열 반응은 증기 크래킹 조건 하에서 프로판을 프로필렌으로 흡열 탈수소화반응의 열로 제공된다. 추가로, 생성된 수소는 알칸을 그에 대응하는 알켄으로 전환하는데 연료로 사용된다. 본 발명의 다른 이점은 전환(L. Schmidt 등에 의해 보고된 C2 전환의 일의 양과 일치하는)에서 연료로 수소를 사용하는 것이다. 증기 크래킹 촉매는 활성된 지올라이트, ZSM-5(이온교환에 사용되는) 또는 크래킹 효율을 최적화하기 위해 치환된 구성을 포함한다. 수퍼플렉스(Superflex) 테크놀로지에서 ZSM-5로의 인의 혼합은 초(second)차원의 체류시간에서 FCC 수행을 향상시킨다고 보고하고 있다. 그 반응은 짧은 접촉 시간 및 500℃초과의 온도에서 수행된다. 짧은 접촉 시간으로부터 방출물은 제 3단계로 향하거나 선택적 산화를 위한 촉매 구조로 향한다. 이 단계에서 추가적 증기를 포함한, 공기,산소, 이산화탄소 및 아산화질소로부터 선택된 하나 이상의 추가적 산화제를 추가하는 것이 또한 유용하다. 유용하거나 바람직한 생산된 산소화물은 아 크릴산, 아크로레인, 아크릴산 에스테르, 메타크릴산 및 메타아크릴산 에스테르이다. 에스테르는 알콜을 위해 추가적 단계를 필요로 하고 고급 유사체는 또한 알맞은 추가적 단계를 요구한다. 선택적 산화는 300℃ 초과에서 수행된다. 혼합된 금속 산화물 촉매가 유용하다.The exothermic reaction resulting from complete propane oxidation is provided as heat of the endothermic dehydrogenation of propane to propylene under steam cracking conditions. In addition, the hydrogen produced is used as fuel to convert alkanes to their corresponding alkenes. Another advantage of the present invention is the use of hydrogen as fuel in the conversion (corresponding to the amount of work of the C2 conversion reported by L. Schmidt et al.). Vapor cracking catalysts include activated zeolites, ZSM-5 (used for ion exchange), or substituted configurations to optimize cracking efficiency. Incorporation of phosphorus into ZSM-5 in Superflex technology has been reported to improve FCC performance at second residence times. The reaction is carried out at short contact times and at temperatures above 500 ° C. Emissions from the short contact times are directed to the third stage or to the catalyst structure for selective oxidation. It is also useful at this stage to add one or more additional oxidants selected from air, oxygen, carbon dioxide and nitrous oxide, including additional steam. Useful or preferred oxygenates produced are acrylic acid, acrolein, acrylic acid esters, methacrylic acid and methacrylic acid esters. Esters require additional steps for the alcohol and higher analogs also require suitable additional steps. Selective oxidation is carried out above 300 ° C. Mixed metal oxide catalysts are useful.

다단계 촉매를 설명된 바와 같이 알맞은 촉매 단계가 있는 계열의 튜브형 반응기에 놓았다. 추가의 열이 유용한 전환 수율을 얻기 위해 필요한 제2 및 제3 단계 촉매에 공급될 수 있다. 에너지 균형을 최적화시키기 위한 열적 통합하는 통합된 촉매 존이 또한 유용하게 적용될 수 있다. 그 구조는 Fe-Cr-Al-산화물의 합금을 포함한 물질의 효과적인 열 교환을 포함할 수 있다. 촉매는 알루미늄 모노리스에 지지될 수 있다. 단계화된 촉매의 다른 유형이 또한 유용하게 적용될 수 있다.The multistage catalyst was placed in a series of tubular reactors with suitable catalyst stages as described. Additional heat can be supplied to the second and third stage catalysts necessary to obtain useful conversion yields. Integrated catalyst zones that integrate thermally to optimize energy balance can also be usefully applied. The structure may include effective heat exchange of materials including alloys of Fe—Cr—Al—oxides. The catalyst can be supported on aluminum monolith. Other types of staged catalysts may also be usefully applied.

다단계 촉매 시스템 Multistage catalyst system 실시예Example 2  2

Pt/Na-[Fe]-ZSM-5유형을 사용하여 짧은 접촉 시간으로 이소부탄을 메타크릴산으로 촉매 전환시킨다. 이 촉매는 종래 산화 탈수소화 반응에서 프로판을 프로필렌으로 전환하는 L. Schmidt 등에 의한 고 선택성을 나타냄을 증명하였다. Pt의 작은 레벨 첨가는 SCTR에서 불꽃 온도에 적합한 촉매를 만든다. ZSM-5로의 인의 혼합은 고정된 알칸 전환률에서 선택성 및 수율을 향상시킨다. 기체 증기 방출은 선택적 산화용 제2 촉매 존으로 향한다. 이 단계에서 추가적 증기 및 산화된 수소의 형태의 원료를 포함한, 공기,산소, 이산화탄소 및 아산화질소로부터 선택된 하나 이상의 추가적 산화제를 추가하는 것이 또한 유용하다. 추가적으로, 생성된 수 소는 알칸을 그에 대응하는 알켄으로 전환 시키는데 유용한 연료로 사용된다. 본발명의 또 다른 이점은 전환(L. Schmidt 등에 의해 보고된 C2 전환의 일의 양과 일치하는)에서 연료로서 수소를 사용한 것이다. 유용하거나 바람직한 생성된 산소화물은 메타크릴산 및 메타크릴산 에스테르를 포함한다. 에스테르는 알콜을 위해 추가적 단계를 필요로 하고 고급 유사체는 또한 알맞은 추가적 단계를 요구한다. 선택적 산화는 300℃ 초과에서 수행된다. 혼합된 금속 산화물 촉매가 유용하다. The isobutane is catalytically converted to methacrylic acid with a short contact time using the Pt / Na- [Fe] -ZSM-5 type. This catalyst proved to exhibit high selectivity by L. Schmidt et al, which converts propane to propylene in conventional oxidative dehydrogenation reactions. The small level addition of Pt makes the catalyst suitable for flame temperatures in the SCTR. Incorporation of phosphorus into ZSM-5 improves selectivity and yield at fixed alkane conversion. Gas vapor release is directed to the second catalyst zone for selective oxidation. It is also useful at this stage to add one or more additional oxidants selected from air, oxygen, carbon dioxide and nitrous oxide, including raw materials in the form of additional steam and oxidized hydrogen. In addition, the generated hydrogen is used as a fuel to convert alkanes to their corresponding alkenes. Another advantage of the present invention is the use of hydrogen as fuel in the conversion (corresponding to the amount of work of the C2 conversion reported by L. Schmidt et al.). Useful or preferred resulting oxygenates include methacrylic acid and methacrylic acid esters. Esters require additional steps for the alcohol and higher analogs also require suitable additional steps. Selective oxidation is carried out above 300 ° C. Mixed metal oxide catalysts are useful.

Claims (20)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (A) 500℃ 내지 1000℃ 온도 및 100 밀리초 보다 크지 않은 체류시간을 포함하는 제1 반응 단계(stage) 내에서 C3~C8 알칸을 촉매적으로 완전히 산화하여 이산화탄소와 증기(steam)를 생성할 수 있고, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Fe, Ru, Os 및 Co로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하는 제1 촉매;(A) catalytically completely oxidizes C 3 to C 8 alkanes in a first reaction stage comprising a temperature of 500 ° C. to 1000 ° C. and a residence time no greater than 100 milliseconds to A first catalyst capable of producing and comprising at least one metal selected from Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Fe, Ru, Os and Co; (B) 500℃ 내지 1000℃ 온도 및 100 밀리초 보다 크지 않은 체류시간을 포함하는 제2 반응 단계 내에서, 이산화탄소의 존재하에, C3~C8 알칸을 촉매적으로 탈수소화하여 대응하는 C3~C8 알켄을 생성할 수 있고, (a) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, 그의 합금 및 그들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속; 및 (b) 금속 Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, 1~3족 금속, 란탄계열 금속 및 그들의 혼합물을 포함한 금속 산화물의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 개질제(modifier);를 포함하는 산화 촉매인 제2 촉매; 및(B) 500 ℃ to in the second reaction step, including 1000 ℃ temperature and 100 residence time of no more than milliseconds, in the presence of carbon dioxide, C 3 ~ C 3 to dehydrogenation in response to C 8 alkanes catalytically 8 ~ C to produce the alkene and, (a) at least one metal selected from Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, the group consisting of alloys thereof, and mixtures thereof; And (b) at least one modifier selected from the group of metal oxides including metals Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, Group 1- 3 metals, lanthanide-based metals and mixtures thereof. Phosphorus second catalyst; And (C) 300℃ 내지 400℃ 온도를 포함하는 제3 반응 단계 내에서 상기 대응하는 C3~C8 알켄을 선택적으로 산화하여 C3~C8 산소화물(oxygenate)을 생성할 수 있고, Mo, Fe, P 및 V로 구성된 그룹으로부터 선택된 금속의 산화물의 적어도 하나를 포함하는 선택적 산화 촉매를 포함하는 제3 촉매;를 포함하며, (C) selectively oxidizing the corresponding C 3 -C 8 alkenes in a third reaction step comprising a temperature of 300 ° C. to 400 ° C. to produce C 3 -C 8 oxygenates, Mo, And a third catalyst comprising a selective oxidation catalyst comprising at least one of an oxide of a metal selected from the group consisting of Fe, P, and V, C3~C8 알칸을 대응하는 C3~C8 알켄, 대응하는 C3~C8 산소화물 및 그 혼합물로 전환시키는 다단계(multi-staged) 촉매 시스템. A multi-staged catalyst system for converting C 3 to C 8 alkanes to corresponding C 3 to C 8 alkenes, corresponding C 3 to C 8 oxygenates and mixtures thereof. 삭제delete 제11항에 있어서, The method of claim 11, 상기 제1, 제2 및 제3 촉매 중 적어도 하나가 금속 산화물 지지체 상에 함침되어 있는 다단계 촉매 시스템. And wherein at least one of said first, second and third catalysts is impregnated on a metal oxide support. 제11항에 있어서, The method of claim 11, 상기 적어도 하나의 산화 촉매가 (c) Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V 및 Zn로 구성된 그룹으로부터 선택된 금속의 산화물의 적어도 하나를 더 포함하는 다단계 촉매 시스템. Wherein said at least one oxidation catalyst further comprises (c) at least one of an oxide of a metal selected from the group consisting of Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V and Zn. 제11항에 있어서, The method of claim 11, 상기 제2 촉매가 크래킹 촉매를 더 포함하는 다단계 촉매 시스템. And the second catalyst further comprises a cracking catalyst. (a) C3~C8 알칸 및 분자 산소(O2)를 혼합하되, 상기 분자 산소의 양은 상기 C3~C8 알칸의 5~30 중량%를 완전히 산화시켜 이산화탄소와 수증기(water vapor)를 생성하는 화학양론적인 양이고, 여기에서 상기 C3~C8 알칸의 5~30 중량%는 완전히 산화하여 이산화탄소와 수증기를 생성하는 단계;(a) C 3 ~ C 8 alkanes and molecular oxygen (O 2 ) is mixed, the amount of molecular oxygen completely oxidize 5 to 30% by weight of the C 3 ~ C 8 alkanes to carbon dioxide and water vapor (water vapor) Generating stoichiometric amounts, wherein 5-30% by weight of the C 3 -C 8 alkanes are completely oxidized to produce carbon dioxide and water vapor; (b) 상기 이산화탄소, 수증기, 및 상기 (a)단계에서 분자 산소(O2)에 의하여 완전히 산화되지 않고 남은 알칸을 혼합하여 혼합 피드 흐름을 형성하는 단계; 및(b) mixing carbon dioxide, water vapor, and alkanes not completely oxidized by molecular oxygen (O 2 ) in step (a) to form a mixed feed stream; And (c) 700℃ 내지 1000℃ 온도 및 100 밀리초 보다 크지 않은 체류시간에서 상기 혼합 피드 흐름을 하나 이상의 증기 크래킹 촉매와 접촉시켜 대응하는 C3~C8 알켄을 생성하는 단계;를 포함하는,(c) contacting the mixed feed stream with at least one vapor cracking catalyst at a temperature between 700 ° C. and 1000 ° C. and a residence time no greater than 100 milliseconds to produce corresponding C 3 -C 8 alkenes. C3~C8 알칸으로부터 대응하는 C3~C8 알켄을 제조하는 다단계 방법. Multi-step process for preparing the corresponding C 3 -C 8 alkenes from C 3 -C 8 alkanes. 제16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 하나 이상의 증기 크래킹 촉매가, C3~C8 알칸을 대응하는 C3~C8 알켄으로 전환하는 데에 점층적으로 효과적인 촉매 시스템을 포함하고,The at least one steam cracking catalyst, the conversion to a C 3 ~ C 8 alkene to the corresponding C 3 ~ C 8 alkanes containing an effective catalyst system to incremental, 상기 촉매 시스템이 (1) Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, 그의 합금 및 그들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속; 및 (2) 금속 Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, 1~3족 금속, 란탄계열 금속 및 그들의 혼합물을 포함한 금속 산화물의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 개질제;를 포함하는, The catalyst system comprises (1) at least one metal selected from the group consisting of Ag, Au, Ir, Ni, Pd, Pt, Rh, Ru, alloys thereof and mixtures thereof; And (2) at least one modifier selected from the group of metal oxides including metals Bi, In, Mg, P, Sb, Zr, Group 1- 3 metals, lanthanide-based metals and mixtures thereof. 다단계 방법. Multi-level method. 제17항에 있어서, The method of claim 17, 상기 하나 이상의 증기 크래킹 촉매가 (3) Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn 및 그들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 금속의 산화물의 적어도 하나를 더 포함하는 다단계 방법.Wherein said at least one vapor cracking catalyst further comprises (3) at least one of an oxide of a metal selected from the group consisting of Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Nb, Ta, V, Zn and mixtures thereof. Way. (A) 제16항에 따른, C3~C8 알칸으로부터 대응하는 C3~C8 알켄을 제조하는 다단계 방법을 수행하여, 상기 대응하는 C3~C8 알켄을 생성하는 단계; 및(A) by performing a multi-step process for producing a C 3 ~ C 8 alkenes from the corresponding C 3 ~ C 8 alkane, according to claim 16, wherein generating the corresponding C 3 ~ C 8 alkene; And (B) 상기 대응하는 C3~C8 알켄을, Mo, Fe, P, V 및 그들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 금속을 포함하는 적어도 하나의 금속 산화물을 포함하는 적어도 하나의 선택적 산화 촉매와 접촉시켜, 카르복실산 및 그 에스테르로 구성된 그룹으로부터 선택된 대응 C3~C8 산소화물의 적어도 하나를 생성하는 단계;를 포함하는, (B) contacting the corresponding C 3 -C 8 alkenes with at least one selective oxidation catalyst comprising at least one metal oxide comprising a metal selected from the group consisting of Mo, Fe, P, V and mixtures thereof Generating at least one of the corresponding C 3 -C 8 oxygenates selected from the group consisting of carboxylic acids and esters thereof; C3~C8 알칸을 대응하는 C3~C8 산소화물로 전환하는 데에 점층적으로 효과적인 다단계 방법.Gradually effective multi-step method for converting C 3 to C 8 alkanes to the corresponding C 3 to C 8 oxygenates. 제19항에 있어서, The method of claim 19, 상기 선택적 산화 촉매가 상기 크래킹 촉매로부터 하류 방향으로 떨어져 있는 다단계 방법. And wherein said selective oxidation catalyst is located downstream from said cracking catalyst.
KR1020050106610A 2004-11-18 2005-11-08 Multi-staged catalyst systems and process for converting alkanes to alkenes and to their corresponding oxygenated products KR100809939B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62920504P 2004-11-18 2004-11-18
US60/629,205 2004-11-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060055330A KR20060055330A (en) 2006-05-23
KR100809939B1 true KR100809939B1 (en) 2008-03-06

Family

ID=35810862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050106610A KR100809939B1 (en) 2004-11-18 2005-11-08 Multi-staged catalyst systems and process for converting alkanes to alkenes and to their corresponding oxygenated products

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP1658895A1 (en)
JP (2) JP4279828B2 (en)
KR (1) KR100809939B1 (en)
CN (1) CN1781596A (en)
BR (1) BRPI0504993A (en)
TW (1) TWI314876B (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7935654B2 (en) * 2006-09-28 2011-05-03 Lg Chem, Ltd. Oxide catalyst and phosphoric oxide catalyst for hydrocarbon steam cracking, method for preparing the same and method for preparing olefin by using the same
KR100948228B1 (en) * 2006-09-28 2010-03-18 주식회사 엘지화학 Hydrocarbon steam cracking catalyst composed of mixed metal phosphorus oxide, method for preparing the same and method for preparing light olefin using the same
US9404045B2 (en) * 2011-02-17 2016-08-02 AMG Chemistry and Catalysis Consulting, LLC Alloyed zeolite catalyst component, method for making and catalytic application thereof
CN105848779B (en) * 2013-12-24 2018-08-28 三菱瓦斯化学株式会社 The manufacturing method of methyl methacrylate catalyst for producing and methyl methacrylate
CN109661481B (en) 2016-07-14 2021-11-30 恩特格里斯公司 Using MoOC14CVD Mo deposition
CN108579801B (en) * 2018-04-27 2021-03-23 中自环保科技股份有限公司 Oxidation type catalytic system with good low-temperature NO oxidation capacity and preparation method thereof
CN108404975B (en) * 2018-04-27 2021-03-23 中自环保科技股份有限公司 Oxidation type catalytic system with good low-temperature ignition performance and preparation process thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3793232A (en) 1971-07-05 1974-02-19 Catalyse Soc Prod Francais Reforming catalyst,its manufacture and use
KR940013601A (en) * 1992-12-18 1994-07-15 엘 에스 브루어 Metal oxide catalyst
KR20050048528A (en) * 2003-11-18 2005-05-24 롬 앤드 하스 캄파니 Catalyst systems for converting alkanes to alkenes and to their corresponding oxygenated products

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4732881A (en) * 1986-09-25 1988-03-22 The Abestos Institute Catalysts for up-grading steam-cracking products
US4788371A (en) * 1987-12-30 1988-11-29 Uop Inc. Catalytic oxidative steam dehydrogenation process
DE10047642A1 (en) * 2000-09-26 2002-04-11 Basf Ag Process for the dehydrogenation of hydrocarbons
ZA200209470B (en) * 2001-12-04 2003-06-03 Rohm & Haas Improved processes for the preparation of olefins, unsaturated carboxylic acids and unsaturated nitriles from alkanes.
EP1411043A1 (en) * 2002-10-18 2004-04-21 Rohm And Haas Company Preparation of unsaturated carboxylic acids and unsaturated carboxylic acid esters from alkanes and/or alkenes

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3793232A (en) 1971-07-05 1974-02-19 Catalyse Soc Prod Francais Reforming catalyst,its manufacture and use
KR940013601A (en) * 1992-12-18 1994-07-15 엘 에스 브루어 Metal oxide catalyst
KR20050048528A (en) * 2003-11-18 2005-05-24 롬 앤드 하스 캄파니 Catalyst systems for converting alkanes to alkenes and to their corresponding oxygenated products

Also Published As

Publication number Publication date
JP4279828B2 (en) 2009-06-17
CN1781596A (en) 2006-06-07
KR20060055330A (en) 2006-05-23
JP2006142295A (en) 2006-06-08
TWI314876B (en) 2009-09-21
BRPI0504993A (en) 2006-07-04
JP2009067808A (en) 2009-04-02
TW200624168A (en) 2006-07-16
EP1658895A1 (en) 2006-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100809946B1 (en) Hybrid catalyst systems and hybrid process for converting alkanes to alkenes and to their corresponding oxygenated products
US7361622B2 (en) Multi-staged catalyst systems and process for converting alkanes to alkenes and to their corresponding oxygenated products
KR100722491B1 (en) Catalyst Systems for Converting Alkanes to Alkenes and to Their Corresponding Oxygenated Products
KR100965487B1 (en) Improved Processes for the Preparation of Unsaturated Carboxylic Acids from Alkanes
US7304014B2 (en) Modified catalysts and process
KR101038424B1 (en) Supported Mixed Metal Oxide Catalyst
US20050203312A1 (en) Modified catalysts and process
US20050239643A1 (en) Structured oxidation catalysts
US20050202964A1 (en) Modified catalysts and process
KR100809939B1 (en) Multi-staged catalyst systems and process for converting alkanes to alkenes and to their corresponding oxygenated products
US20060004221A1 (en) Preparation of unsaturated carboxylic acids and unsaturated carboxylic acid esters from alkanes and/or alkenes
US20050203309A1 (en) Modified catalysts and process
US20070106088A1 (en) Hybrid catalyst systems and hybrid process for converting alkanes to alkenes and to their corresponding oxygenated products

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120207

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130201

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee